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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugwechseleinrichtung gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Wechseln mindestens eines Werkzeugs
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 19 sowie ein Werkzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs
25.
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Werkzeugwechseleinrichtungen
und Verfahren sowie Werkzeuge der hier angesprochenen Art sind bekannt.
Sie dienen dazu, bei der Bearbeitung von Werkstücken unterschiedliche Werkzeuge
einsetzen und/oder verschlissene Werkzeuge austauschen zu können. Ein
Werkzeugwechsel erfolgt bei eine einzige Werkzeugspindel aufweisenden
Werkzeugmaschinen automatisch oder manuell, wobei jeweils das gesamte
Werkzeug ausgetauscht werden muss. Bei einem Werkzeugwechsel muss
sowohl für das
auszutauschende als auch für
das ausgetauschte Werkzeug Platz bereitgestellt werden. Werden die Werkzeuge
in Magazinen untergebracht, muss für jedes Werkzeug ein eigener
Platz vorhanden sein. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass sich
insgesamt ein großer
Platzbedarf ergibt.
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Es
gibt auch Werkzeugmaschinen mit mehreren in separaten Spindeln aufgenommenen
Werkzeugen, die beispielsweise als Mehrspindelkopf oder Sonderbearbeitungsmaschine
ausgelegt sind. Ein Werkzeugtausch muss hier manuell vorgenommen werden,
was teuer und zeitaufwändig
ist. Auch hier zeigt sich, dass für jedes Werkzeug Platz vorhanden sein
muss, so dass der Platzbedarf auch bei derartigen Werkzeugmaschinen
groß ist.
Bei eine Anzahl von Bearbeitungsstationen aufweisenden Fertigungs-
oder Transferlinien ist ein Werkzeugwechsel ebenfalls teuer und
zeitaufwändig,
weil hier nur ein manueller Werkzeugtausch möglich ist oder aber der Einsatz komplizierter
Wechseleinrichtungen, die die Werkzeuge in den Bearbeitungsstationen
austauschen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Werkzeugwechseleinrichtung zu schaffen,
die diese Nachteile vermeidet.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird eine Werkzeugwechseleinrichtung geschaffen,
die die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Sie dient dazu,
mindestens ein eine Kopplungsstelle aufweisendes Werkzeug auszutauschen
und weist eine auch als Werkstück-Dummy bezeichnete
Wechselvorrichtung mit mindestens einem Aufnahmebereich für ein Werkzeug
auf. Ist ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine durch Bearbeitung eines
Werkstücks
verschlissen oder beschädigt,
wird anstelle eines Werkstücks
die Wechselvorrichtung der Werkzeugmaschine zugeführt, um
das verschlissene Werkzeug aufzunehmen. Die Werkzeugmaschine fährt anstelle
eines Werkstücks
die Wechselvorrichtung an, um das verschlissene Werkzeug dort abzulegen.
Damit ist es möglich,
das verschlissene Werkzeug automatisch auszubauen. Nun wird der
Werkzeugmaschine eine weitere Wechselvorrichtung anstelle eines
Werkstücks
zugeführt,
die einen Aufnahmebereich für
ein neues Werkzeug aufweist und dieses für die Werkzeugmaschine bereitstellt.
Diese fährt
die Wechselvorrichtung an und nimmt das neue Werkzeug auf. Möglich ist
es auch, eine Wechselvorrichtung mit mehreren Aufnahmebereichen
auszustatten, von denen einer ein verschlissenes Werkzeug aufnimmt und
ein anderer ein neues Werkzeug zur Verfügung stellt. Die Wechselvorrichtung
kann auch Werkzeuge unterschiedlicher Art aufnehmen und der Werkzeugmaschine
zur Verfügung
stellen, so dass verschiedene Bearbeitungsschritte unter Verwendung
unterschiedlicher Werkzeuge mit ein und derselben Werkzeugmaschine durchführbar sind.
Auch hier wird die Wechselvorrichtung anstelle eines Werkstücks in den Bearbeitungsbereich
der Werkzeugmaschine gebracht, so dass diese automatisch einen Werkzeugwechsel
vornehmen kann. Es wird deutlich, dass die Wechselvorrichtung bei
Werkzeugmaschinen mit einer oder mehreren Spindeln verwendbar ist,
also beispielsweise bei Mehrspindelköpfen oder Sonderbearbeitungsmaschinen,
die eine Anzahl von Spindeln aufweisen.
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Bei
den Erläuterungen
zur Werkzeugwechseleinrichtung wurde hier davon ausgegangen, dass die
Werkzeugmaschine die Wechselvorrichtung anfährt. Es ist aber auch möglich, dass
die Wechselvorrichtung zur Werkzeugmaschine bewegt wird, um den
Werkzeugwechsel durchzuführen.
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Besonders
bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel
der Werkzeugwechseleinrichtung, bei der eine Wechselvorrichtung
mit mehreren Aufnahmebereichen für
Werkzeuge vorgesehen ist, deren Anordnung der Anordnung von Werkzeugen
in einem Mehrspindelkopf entspricht oder der Anordnung von Werkzeugen
in einer Sonderbearbeitungsmaschine. Bei dieser Ausgestaltung ist
es möglich,
eine Anzahl von Werkzeugen oder alle Werkzeuge gleichzeitig auszutauschen.
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Weitere
Ausgestaltungen der Werkzeugwechseleinrichtung ergeben sich aus
den übrigen Unteransprüchen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zum Wechseln mindestens
eines Werkzeugs bereitzustellen, das den genannten Nachteil nicht aufweist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, das die in Anspruch
19 aufgeführten
Merkmale aufweist. Zum Wechseln des mindestens einen Werkzeugs wird
eine Wechselvorrichtung in den Arbeitsbereich einer Werkzeugmaschine gebracht
oder die Werkzeugmaschine zur Wechselvorrichtung verlagert und eine
Relativbewegung zwischen Werkzeugmaschine und Wechselvorrichtung durchgeführt. Dadurch
wird es möglich,
ein verschlissenes gegen ein neues Werkzeug auszutauschen oder aber
Werkzeuge verschiedener Art zu wechseln.
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Weitere
Ausführungsformen
des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es außerdem,
ein Werkzeug zur Verwendung in einer Werkzeugwechseleinrichtung
oder bei einem Verfahren der oben angesprochenen Art vorzuschlagen,
das einen automatischen Werkzeugwechsel ermöglicht.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein Werkzeug vorgeschlagen, das die in Anspruch
25 genannten Merkmale aufweist. Es zeichnet sich dadurch aus, dass
es mit einer Zentrierhilfe versehen ist, damit ein automatischer
Wechsel, insbesondere mit Hilfe einer Werkzeugwechseleinrichtung
der hier angesprochenen Art, möglich
ist.
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Weitere
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine Wechselvorrichtung einer Werkzeugwechseleinrichtung;
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2 eine
Draufsicht auf eine Rastscheibe der Wechselvorrichtung gemäß 1;
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3 eine
Seitenansicht eines Werkzeugs, das in Zusammenhang mit der Werkzeugwechseleinrichtung
gemäß 1 verwendet
wird;
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4 eine
Stirnansicht des Werkzeugs gemäß 3;
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5 eine
Prinzipskizze einer Transferlinie;
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6 einen
Halter zur Aufnahme eines Werkzeugs gemäß den 3 und 4;
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7 eine
Prinzipskizze eines Bearbeitungszentrums mit Pickup-Einrichtung;
und
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8 eine
Prinzipskizze einer Sonderbearbeitungsmaschine.
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1 zeigt
einen Schnitt durch eine Wechselvorrichtung 1 einer Werkzeugwechseleinrichtung. Die
Wechselvorrichtung 1 weist einen Grundkörper 3 auf, der hier
beispielhaft zwei als Ausnehmungen 5 und 7 ausgebildete
Aufnahmebereiche umfasst. Diese dienen der Aufnahme eines Werkzeugs,
das hier allerdings nicht wiedergegeben ist.
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Der
Innendurchmesser der Ausnehmungen 5 und 7 ist
verschieden groß.
Entsprechend können Werkzeuge
mit verschiedenen Außendurchmessern im
Grundkörper 3 der
Wechselvorrichtung 1 aufgenommen werden.
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In
den Ausnehmungen 5, 7 sind Eingriffseinrichtungen 9 und 11 vorgesehen,
die dazu dienen, ein in die Ausnehmungen 5, 7 eingebrachtes
Werkzeug zu erfassen.
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Die
Eingriffseinrichtungen 9 und 11 sind an Werkzeuge
unterschiedlicher Größe und an
Werkzeuge mit verschiedenen Konturen anpassbar. Beispielsweise weist
die in 1 links dargestellte Eingriffseinrichtung 9 in
der Ausnehmung 5 einen Teller 13 auf, der so ausgelegt
ist, dass er ein in die Ausnehmung 5 eingeführtes Werkzeug
drehfest erfasst, also so, dass eine Relativdrehung zwischen dem Werkzeug
und dem Teller 13 nicht möglich ist. Beispielsweise ist
der Teller 13 mit mindestens einem, hier zwei gegenüberliegenden
Stiften 15 und 17 versehen, die über die
nach oben weisende Oberseite 19 des Tellers hinaus stehen
und in geeignete Ausnehmungen in einem Werkzeug eingreifen können.
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Der
Teller 13 ist über
eine Achse 21 mit einer Kupplung 23 gekoppelt,
die beispielsweise als Rutschkupplung ausgelegt ist und ein vorzugsweise einstellbares
Bremsmoment auf die Achse 21 ausüben kann. Die Eingriffseinrichtung 9,
damit auch die Kupplung 23, sind mittels einer Montageplatte 25 am Grundkörper 3 der
Wechselvorrichtung 1 angebracht.
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Die
Achse 21 ist in Richtung Ihrer Drehachse 27 gegen
die Kraft einer Federeinrichtung 29, die beispielsweise
eine Schrauben-Druckfeder aufweist, beweglich gelagert, und zwar
dergestalt, dass sie gegen die Kraft der Federeinrichtung 29 in
Richtung auf die Montageplatte 25 bewegt werden kann. Auf
geeignete Weise kann der Bewegungsweg der Achse 21 begrenzt
werden, beispielsweise durch einen Anschlag. Mit der Achse 21 ist
eine Rastvorrichtung 31 drehfest verbunden. Diese weist
eine Rastscheibe 33 auf, deren Kontur – in Draufsicht gesehen – im Wesentlichen
sternförmig
ist. Darauf wird unten näher eingegangen.
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Die
Rastvorrichtung 31 weist außerdem einen mit der Seitenfläche 35 der
Rastscheibe zusammenwirkenden Rastbolzen 37 auf, der nachgiebig gegen
die Seitenfläche 35 angedrückt wird.
Die Andrückkräfte werden
durch ein Federelement 39 realisiert, das beispielsweise
eine als Druckfeder ausgebildete Schraubenfeder umfasst. Der Rastbolzen 37 und
das Federelement 39 sind in einer in den Grundkörper 3 der
Wechselvorrichtung 1 eingebrachten Ausnehmung 41 untergebracht,
die beispielsweise durch eine Schraube 43 verschlossen
ist, die auch als Widerlager für
das Federelement 39 dient. Der Rastbolzen 37 wird
also in Richtung auf die Drehachse 27 in das Innere der
Ausnehmung 5 gedrückt,
um mit der Rastscheibe 33 zusammenzuwirken.
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Die
Rastvorrichtung 31 ist so ausgelegt, dass sich die Achse 21,
damit die hier angebrachte Rastscheibe 33 und der Teller 13 in
einer Richtung frei drehen können,
während
in der entgegengesetzten Richtung eine Verriegelung zwischen Grundkörper 3 und
Rastscheibe 33 gegeben ist und damit eine freie Drehung
der Achse 21 verhindert wird.
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In
der Ausnehmung 7 ist die Eingriffseinrichtung 11 untergebracht,
deren Funktionsweise der Eingriffseinrichtung 9 entspricht.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass
auf die Beschreibung der Eingriffseinrichtung 9 verwiesen wird.
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Zur
Vereinfachung ist bei der Darstellung der Eingriffseinrichtung 11 auf
Teile der Rastvorrichtung 31 verzichtet worden: Der Rastbolzen 37,
das Federelement 39 und die Schraube 43 sind hier
aus Gründen
der besseren Übersichtlichkeit
weggelassen. Es wird aber auch bei der Eingriffseinrichtung 11 sichergestellt,
dass diese in einer Richtung frei drehbar ist, während in der entgegengesetzten
Richtung eine Drehbarkeit der Achse 21 verhindert wird.
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Der
einzige Unterschied der Eingriffseinrichtung 11 gegenüber der
Eingriffseinrichtung 9 ist die Ausgestaltung des Bereichs,
der mit einem Werkzeug in Eingriff tritt, das in die Ausnehmung 7 eingeführt wird.
Die Eingriffseinrichtung 11 weist einen Steckeinsatz 13' auf, der, wie
der Teller 13, drehfest mit der Achse 21 verbunden
ist, so dass hier, wie bei der Eingriffseinrichtung 9,
eine Relativdrehung zwischen dem Steckeinsatz 13' zwischen der
Achse 21 und der Rastscheibe 33 nicht möglich ist.
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Der
Steckeinsatz 13' weist
hier einen Außenmehrkant 45 auf,
vorzugsweise einen Sechskant, der in eine entsprechende Ausnehmung
in der Stirnseite eines Werkzeugs eingreifen kann. Denkbar ist es aber
auch, dass der Steckeinsatz 13' einen Innenmehrkant aufweist,
der ein in die Ausnehmung 7 eingebrachtes Werkzeug von
außen
umgreift und dort mit einem Außenmehrkant
zusammenwirkt.
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Entscheidend
ist, dass bei der Eingriffseinrichtung 11 mit dem Steckeinsatz 13', wie mit dem Teller 13 der
Eingriffseinrichtung 9, eine Möglichkeit geschaffen wird,
ein in die Ausnehmung 7 eingeführtes Werkzeug drehfest zu
erfassen.
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Nur
der Vollständigkeit
halber sei hier festgehalten, dass die Eingriffseinrichtung 11 eine
vorzugsweise als Rutschkupplung ausgebildete Kupplung 23 aufweist
und von einer Montageplatte 25 am Grundkörper 3 der
Wechselvorrichtung 1 befestigt ist.
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Vorzugsweise
sind beide Eingriffseinrichtungen 9 und 11 in
Ausnehmungen 5', 7' untergebracht, die
in die Ausnehmungen 5, 7 übergehen können. Links in 1 wird
deutlich, dass bei entsprechender Auslegung der Ausnehmung 5 für ein aufzunehmendes
Werkzeug die Ausnehmung 5' zur
Aufnahme der Eingriffseinrichtung 9 den gleichen Durchmesser
aufweist, so dass die Ausnehmungen 5 und 5' miteinander
fluchten und ineinander übergehen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, dass die Eingriffseinrichtungen 9 und 11 weitgehend
identisch ausgebildet sind. Um Werkzeuge unterschiedlicher Größe und Kontur
drehfest erfassen zu können,
bedarf es lediglich des Austausches des Tellers 13 gegen
den Steckeinsatz 13',
wobei sowohl der Teller 13 als auch der Steckeinsatz 13' auch einen
abweichenden Aufbau aufweisen können.
Entscheidend ist allein, dass ein in die Ausnehmung 5 oder
die Ausnehmung 7 eingeführtes
Werkzeug drehfest von der Eingriffseinrichtung 9, 11 erfasst
wird. Es ist also möglich,
den Teller 13 und den Steckeinsatz 13' austauschbar
zu gestalten, um die Eingriffseinrichtungen 9, 11 an
unterschiedliche Werkzeuge anpassen zu können.
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Auch
bei der Eingriffseinrichtung 11 ist vorgesehen, dass der
Steckeinsatz 13' in
Richtung der Drehachse 27 der Achse 21 gegen die
Kraft einer Federeinrichtung 29 verlagerbar ist.
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Aus
den Erläuterungen
wird deutlich, dass es für
die Funktion der Wechselvorrichtung 1 nicht darauf ankommt,
dass die Aufnahmebereiche als Ausnehmung 5, 7 ausgebildet
sind. Es ist also möglich, die
Eingriffseinrichtungen 9 und 11 mit dem Teller 13 beziehungsweise
dem Steckeinsatz 13' auf
der Oberseite einer Wechselvorrichtung 1 vorzusehen. Es
ist auch denkbar, auf der Wechselvorrichtung 1 Vorsprünge vorzusehen,
die die Eingriffseinrichtungen 9 und 11 mit den
zugehörigen
Elementen tragen. Entscheidend ist allein, dass die Wechselvorrichtung 1 Aufnahmebereiche
aufweist, die dazu dienen, auszutauschende Werkzeuge aufzunehmen
und die anstelle der auszutauschenden Werkzeuge zu verwendenden
neuen Werkzeuge bereitzustellen.
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2 zeigt
in Draufsicht die Rastscheibe 33, deren Seitenfläche 35 konturiert
ausgebildet ist und eine Anzahl von Rastnasen 47 umfasst,
die vorzugsweise identisch ausgebildet sind. Dabei ist vorgesehen,
dass die Rastnasen 47 einerseits eine steil zur Drehachse 27 abfallende
erste Flanke 49 aufweisen, die vorzugsweise mit einer Durchmesserlinie 51 zusammenfällt. Andererseits
weisen die Rastnasen 47 eine einen spitzen Winkel zur ersten
Flank 49 aufweisende zweite Flanke 53 auf, wobei
der Winkel zwischen den beiden Flanken 49 und 53 beispielsweise etwa
45° betragen
kann.
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In 2 ist
noch ein weiterer Teil der Rastvorrichtung 31 dargestellt,
die, wie gesagt, auch die Rastscheiben 33 umfasst: Andeutungsweise
ist hier der in den Grundkörper 3 der
Wechselvorrichtung 1 eingesetzte Rastbolzen 37 erkennbar,
der gegen die Kraft des Federelements 39 in der Ausnehmung 41 in Richtung
seiner Längsachse 55 verlagerbar
ist und in die Ausnehmung 5 hineinragt, um mit der Rastscheibe 33 zusammenzuwirken.
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Deutlich
erkennbar ist, dass in der hier dargestellten Funktionsstellung
die erste Flanke 49 an der Seitenfläche des Rastbolzens 37 anliegt,
so dass eine Drehung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn ausgeschlossen
ist.
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Wird
die Rastscheibe 33 im Uhrzeigersinn gedreht, so drängt die
zweite Flanke 53 den Rastbolzen 37 gegen die Kraft
des Federelements 39 nach außen, hier nach links, wobei
eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn also möglich ist. Dabei gleitet die
Stirnseite des Rastbolzens 37 auf der zweiten Flanke 53.
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Erreicht
bei einer Drehung der Rastscheibe 33 der Rastbolzen 37 den
Verbindungsbereich 57 zwischen der ersten Flanke 49 und
der zweiten Flanke 53, ist die maximale Zurückdrängung des
Rastbolzens 37 erreicht. Bei einer weiteren Drehung der Rastscheibe
33 im Uhrzeigersinn kann der Rastbolzen 47 von dem Federelement 39 in
Richtung der Drehachse 27 der Rastscheibe 33 in
den zwischen den Rastnasen liegenden Freiraum gedrängt werden.
Damit ist eine weitere Drehung der Rastscheibe 33 im Uhrzeigersinn
möglich.
Eine Drehung in entgegengesetzter Richtung wird jedoch wieder durch
das Zusammenspiel zwischen der Seitenflanke des Rastbolzens 37 und
der ersten Flanke 49 verhindert.
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1 zeigt,
dass die Rastscheibe 33 auf geeignete Weise mit der unterhalb
der hier dargestellten Oberseite 59 der Rastscheibe gelegenen
Kupplung drehfest verbunden ist. Beispielhaft sind hier in 3 in
gleichem Abstand auf einer gedachten Kreislinie angeordnete Schrauben
vorgesehen. Durch eine zentrale Öffnung 61 in
der Rastscheibe greift die Achse 21.
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Eine
Rastscheibe 33 der hier beschriebenen Art ist auch bei
der Eingriffseinrichtung 11 vorgesehen. Es ist jedoch auch
möglich,
andersartig ausgebildete gleich wirkende Rasteinrichtungen bei einer oder
beiden Eingriffseinrichtungen vorzusehen.
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3 zeigt
ein mit der Werkzeugwechseleinrichtung verwendbares Werkzeug 63 in
Seitenansicht. Rein beispielhaft ist das Werkzeug 63 als
Mehrschneidenreibahle ausgebildet. Es ist jedoch jedes beliebige
Werkzeug verwendbar, auch solche, die, anders als das hier dargestellte
Werkzeug, keine geometrisch definierten Schneiden aufweisen.
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Grundsätzlich ist
die Werkzeugwechseleinrichtung mit beliebigen Werkzeugen verwendbar. Hier
ist beispielhaft ein Schneidkopf dargestellt, der von einem geeigneten
Halter aufgenommen wird. Dieser ist seinerseits unmittelbar oder über Adapter, Zwischenstücke und
dergleichen mit einer Werkzeugmaschine verbindbar.
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Das
in 3 dargestellte Werkzeug 63 weist mindestens
eine, hier sechs in gleichem Abstand zueinander in die Umfangsfläche 65 des
Werkzeugs eingelassene Messerplatten 67 auf, denen jeweils ein
Spanraum 69 zugeordnet ist. Bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel
mündet
in jeden Spanraum ein Kühl-/Schmiermittelkanal 71,
der mit einer Kühl-/Schmiermittelzufuhr
verbunden ist, die das entsprechende Medium in das Werkzeug 63 einspeist.
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An
den vorderen Bereich des Werkzeugs 63 schließt sich
eine Kopplungsstelle 73 an, über die das Werkzeug 63 grundsätzlich auch
unmittelbar mit der Spindel einer Werkzeugmaschine verbindbar wäre. Vorzugsweise
dient die Kopplungsstelle 73 dazu, das Werkzeug 63 mit
einem Halter zu verbinden, der seinerseits mit einer Werkzeugmaschine
gekoppelt ist. Grundsätzlich
ist es aber auch möglich,
das Werkzeug 63 über
die Kopplungsstelle 73 mit einem Adapter, einem Zwischenstück oder
dergleichen zu verbinden und darüber
mit einer Werkzeugmaschine zu koppeln.
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Die
Kopplungsstelle 63 weist vorzugsweise einen Schaft 75 auf,
der sich ausgehend von der Vorderseite 77 des Werkzeugs
nach links verjüngt
und vorzugsweise einen Außendurchmesser
aufweist, der kleiner ist als der im Bereich der Umfangsfläche 65,
in die die Messerplatten 67 eingesetzt sind. Dadurch ergibt
sich eine senkrecht zur Drehachse 79 verlaufende Planfläche 81,
die ringförmig
ausgebildet ist und dazu dient, das Werkzeug 63 gegenüber einem
Halter oder dergleichen axial exakt auszurichten, während der
Schaft 75 eine exakt radiale Ausrichtung gewährleistet.
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Auf
der der Planfläche 81 abgewandten
Seite des Schafts 75 ist ein Gewindeansatz 83 vorgesehen, über den
das Werkzeug 63 an einem Halter oder dergleichen befestigbar
ist. Der Außendurchmesser des
Gewindeansatzes 83 ist kleiner als der kleinste Außendurchmesser
des als Außenkegel
ausgebildeten Schafts 75.
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Auf
der dem Schaft 75 abgewandten Seite des Gewindeansatzes 83 ist
ein als Zentrierhilfe 85 dienender Ansatz vorgesehen, dessen
Außendurchmesser
kleiner ist als der des Gewindeansatzes und der auf seiner dem Gewindeansatz 83 abgewandten Seite
eine konische Verjüngung
aufweist, die das Eindringen des Gewindeansatzes 83 in
ein zugehöriges
Innengewinde erleichtert.
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Bei
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Werkzeug 63 bis auf die Messerplatten 67 einstückig ausgebildet.
Es ist aber auch möglich, in
den Kopf des Werkzeugs 63 einen Schaft 75 einzuschrauben.
Denkbar ist es im Übrigen,
die Zentrierhilfe 85 als einsetzbares Element auszubilden
und beispielsweise aus Kunststoff herzustellen, weil hier die Belastungen
geringer sind. Am einfachsten ist es jedoch, das Werkzeug 63 einstückig und
aus Metall herzustellen.
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4 zeigt
eine Ansicht der auch als Stirnseite bezeichneten Vorderseite 77 des
Werkzeugs 63. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern
versehen, so dass auf die Beschreibung zu 3 verwiesen
wird. Besonders deutlich wird hier, dass in die Umfangsfläche 65 mindestens
eine, hier vorzugsweise sechs in gleichem Abstand zueinander angeordnete
Messerplatten 67 eingesetzt sind, die eine definierte Schneide
aufweisen und dazu dienen, Späne von
der Oberfläche
eines Werkstücks
abzutragen. Deutlich wird hier auch, dass jeder Messerplatte ein Spanraum 69 zugeordnet
ist, in den ein Kühl-/Schmiermittelkanal 71 mündet, um
die von einer Messerplatte 67 abgetragenen Späne aus dem Bearbeitungsbereich
heraus zu tragen. Das Werkzeug 63 kann auch mindestens
eine, hier nicht dargestellte, in die Umfangsfläche 65 eingesetzte
Führungsleiste
aufweisen.
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Das
Werkzeug 63 ist mit einem Montageabschnitt 87 versehen,
der dazu dient, das Werkzeug 63 zu erfassen und von dem
im Bereich der Kopplungsstelle 73 vorhandenen Gegenstück zu lösen.
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Bei
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
weist der Montageabschnitt eine in die Vorderseite 77 eingebrachte
Ausnehmung 89 auf, die eine Mehrkantkontur zeigt. Es ist
also möglich,
mit einem Steckeinsatz 13' der
oben beschriebenen Art mit dem Montageabschnitt 87 des
Werkzeugs 63 zusammenzuwirken, nämlich den Steckeinsatz 13' in die Ausnehmung 89 einzuführen. Auf
diese Weise ist es möglich,
das Werkzeug 63 über
die Kopplungsstelle 73 mit einem Halter oder dergleichen
zu verbinden, beziehungsweise von diesem abzubauen. Die Montage
und Demontage eines Werkzeugs 63 erfolgt also durch das
Zusammenspiel zwischen einer Eingriffseinrichtung 9, 11 und
einem Montageabschnitt 87 eines Werkzeugs 63.
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Der
Montageabschnitt 87 kann so ausgebildet sein, dass das
Werkzeug 63 von der Eingriffseinrichtung 9, 11 verliersicher
gehalten wird, also nicht aus den Ausnehmungen 5, 7 der
Wechselvorrichtung 1 herausfallen kann. Besonders bevorzugt
ist jedoch ein Ausführungsbeispiel
der Wechselvorrichtung 1, das sich dadurch auszeichnet,
dass noch eine zusätzliche
Sicherung vorgesehen ist, die verhindert, dass das Werkzeug 63 bei
Bewegungen der Wechselvorrichtung 1 aus den Ausnehmungen 5, 7 heraus fällt. Es
können
hier nachgiebig federnde Sicherungselemente vorgesehen werden, die
mit dem Werkzeug 63 zusammenwirken und beispielsweise durch
Reibkräfte
Halt geben. Denkbar ist es aber auch, dass die Sicherung mindestens
einen Magneten ausweist, der das Werkzeug 63 hält. Dabei
ist es möglich,
die Sicherung im Bereich der Außenwand der
Ausnehmung 5, 7 vorzusehen, oder aber an der Eingriffseinrichtung 9, 11,
insbesondere am Teller 13 oder am Steckeinsatz 13'. Schließlich ist
es auch denkbar, eine derartige Sicherung im Bereich des Montageabschnitts 87 vorzusehen.
Entscheidend ist, dass das Werkzeug 63 gegen axiale Verlagerung
in der Ausnehmung 5, 7 gesichert und lösbar gehalten wird.
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Es
ist ohne weiteres ersichtlich, dass bei dem Werkzeug 63 auch
eine oder mehrere Vertiefungen in der Vorderseite 77 vorgesehen
werden können,
die den Montageabschnitt 87 bilden. Diese Vertiefungen
wirken dann mit dem mindestens einen Stift 15 des Teller 13 der
Eingriffseinrichtung 9 zusammen, um das Werkzeug 63 zu
mon tieren oder zu demontieren. Denkbar ist es schließlich auch,
an dem Werkzeug 63 außen
Angriffsflächen
für einen
hülsenförmigen Steckschlüssel vorzusehen,
der das Werkzeug 63 umgreift und mit diesen Flächen zusammenwirkt,
die damit den Montageabschnitt 87 realisieren.
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Entscheidend
ist also allein das Zusammenspiel zwischen Eingriffseinrichtung
und Montageabschnitt und nicht die Ausgestaltung der Eingriffseinrichtung
beziehungsweise des Montageabschnitts im Einzelnen.
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Aus
den Erläuterungen
zu den 3 und 4 wird deutlich, dass hier ein
Werkzeug 63 dargestellt ist, das dazu dient, in Zusammenhang
mit einem Werkzeugwechseleinrichtung eingesetzt zu werden, welches
eine Wechselvorrichtung 1 gemäß den 1 und 2 aufweist.
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5 zeigt
eine Prinzipskizze einer Transferlinie 91 mit beispielsweise
11 Bearbeitungseinrichtungen, die jeweils ein Werkzeug oder eine
Anzahl von Werkzeugen umfassen. Beispielhaft ist hier eine Bearbeitungsstation 93 vorgesehen,
die eine verschieblich gelagerte Werkzeugeinrichtung umfasst. Eine
andere Bearbeitungsstation 95 weist beispielhaft zwei verschieblich
gelagerte Werkzeugeinrichtungen auf. Die Werkzeugeinrichtung der
Bearbeitungsstationen 93, 95 können jeweils eine oder mehrere
Spindeln zur Aufnahme von Werkzeugen aufweisen.
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In 5 sind
mehrere Werkstücke 97 dargestellt,
die von einer Fördereinrichtung 99 entlang
der Transferlinie 91 transportiert werden und jeweils im Bereich
einer Bearbeitungsstation 93, 95 während eines
Bearbeitungstaktes anhalten. 5 zeigt
deutlich, dass die Bearbeitungsstationen paarweise gegenüberliegend
oder auch einzeln auf einer Seite der Transferlinie 91 angeordnet
sein können.
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Die
in 5 dargestellte Transferlinie 91 zeichnet
sich dadurch aus, dass die Werkstücke 97 entlang einer
gerade Bewegungsbahn transportiert werden. Die Bearbeitungsstationen
können
aber auch entlang einer gedachten Kreislinie einzeln oder paarweise
gegenüberliegend
angeordnet sein. Grundsätzlich
ist es auch möglich,
Bearbeitungsstationen auf einer um den Bewegungspfad der Werkstücke 97 gelegten
Kreislinie – also
nicht nur in einer Ebene – anzuordnen.
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Das
Werkstück 97 wird
von der Fördereinrichtung 99 von
Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation weitergeführt, wo
es einzelnen Bearbeitungsschritten unterworfen wird. Da pro Zeiteinheit an
mehreren entlang der Bewegungsbahn angeordneten Bearbeitungsstationen
eine Bearbeitung gleichzeitig an verschiedenen Werkstücken erfolgt, ergibt
sich eine hohe Ausbringung pro Zeiteinheit, weil pro Takt ein fertiges
Werkstück
am Ende der Transferlinie anfällt.
Dasselbe gilt auch für
Rundtaktmaschinen, bei denen die Werkstücke 97 entlang einer
Kreisbahn befördert
werden.
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Zur
Bearbeitung von Werkstücken
werden Transferlinien und Rundtaktmaschinen eingesetzt, wie sie
anhand von 5 erläutert wurden. Pro Bearbeitungstakt
werden im Bereich der Bearbeitungsstationen 93, 95 eine
oder mehrere Werkzeuge, die von Spindeln gehalten und in Rotation
versetzt werden, mit dem Werkstück 97 in
Eingriff gebracht. Vor dem Weitertransport des Werkstücks werden
die Werkzeuge zurückverlagert,
so dass das Werkstück ohne
Beschädigung
der Werkzeuge weiter transportiert werden kann.
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6 zeigt
eine Prinzipskizze eines Halters 101 mit einem Werkzeug 63,
wie es anhand der 3 und 4 erläutert wurde.
Der Halter 101 weist einen Schaft 103 auf, über den
der Halter 101 mit einer Werkzeugmaschine, gegebenenfalls über Adapter
und Zwischenstücke,
verbindbar ist. Er weist außerdem
einen vorzugsweise zylindrischen Ansatz 105 auf, an dem
das Werkzeug 63 befestigbar ist.
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Der
Halter 101 zeichnet sich dadurch aus, dass er unterschiedliche
Werkzeuge aufnehmen kann. Es ist also möglich, zur Bearbeitung von
Werkstücken
verschiedenste Werkzeuge in den Halter 101 einzusetzen
und nur diese bei Bedarf auszutauschen. Bereits aus der Prinzipskizze
nach 6 ist ersichtlich, dass der Raumbedarf zur Bereitstellung verschiedener
Werkzeuge wesentlich geringer ist als der, der zum Austausch des
kompletten Halters 101 erforderlich wäre.
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Die
Wechselvorrichtung 1 bietet nach allem die Möglichkeit,
lediglich Werkzeuge 63 auszutauschen, die Teil einer mehrteiligen
Werkzeugeinrichtung, insbesondere eines Halters 101, sind.
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Es
wird deutlich, dass ein Halter der hier angedeuteten Art Werkzeuge
verschiedenster Ausbildung aufnehmen kann. Damit wird die Bevorratung von
Haltern wesentlich vereinfacht. Es bedarf nur weniger verschiedener
Halter, um eine Vielzahl unterschiedlicher Werkzeuge für die Bearbeitung
von Werkstücken
bereitstellen zu können.
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7 zeigt
eine Prinzipskizze eines Bearbeitungszentrums 107 mit einem
Arbeitsraum 109, in dem Werkstücke mittels eines Werkzeugs
bearbeitet werden. Hier ist lediglich eine Werkzeugspindel 111 angedeutet,
die unterschiedliche Werkzeuge aufnehmen kann.
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Mittels
einer geeigneten Transporteinrichtung 113 werden Werkstücke 115 angeliefert,
was durch einen Pfeil 117 angedeutet ist. Mittels eines auch
als Pickup-Einrichtung bezeichneten Roboters 119 werden
Werkstücke 115 von
der Transporteinrichtung 113 in den Arbeitsraum 109 verlagert,
wo sie bearbeitet werden. Nach der Bearbeitung werden die Werkstücke von
dem Roboter 119 wieder der Transporteinrichtung 113 zugeführt und,
wie durch einen Pfeil 121 angedeutet, weitertransportiert.
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Falls
ein Werkzeug verschlissen ist, oder falls ein Werkzeug zur Durchführung eines
anderen Bearbeitungsschrittes ausgetauscht werden muss, ist auf
einfache Weise ein Werkzeugwechsel möglich. Der Roboter 119 kann
dem Bearbeitungszentrum 107 eine Wechselvorrichtung 101 zuführen, die das
auszutauschende Werkzeug aufnimmt und ein anderes Werkzeug zur weiteren
Bearbeitung von Werkstücken 115 bereitstellt.
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Bei
dem Bearbeitungszentrum 107 nach 7 wird also
die Wechselvorrichtung 1 dem Bearbeitungszentrum zugeführt und
in dessen Arbeitsraum 109 verlagert, so dass ein in der
Werkzeugspindel 101 vorhandenes Werkzeug an die Wechselvorrichtung 1 abgegeben
und ein neues Werkzeug aufgenommen werden kann. Dabei ist es möglich, komplette
Werkzeuge auszutauschen oder aber, falls in die Werkzeugspindel 111 ein
Halter 101 nach 6 eingesetzt ist, lediglich
Teile einer mehrteiligen Werkzeugeinrichtung auszutauschen. Nach
den Erläuterungen
zu 6 ist es besonders vorteilhaft, einen Halter 101 in
die Werkzeugspindel 111 einzusetzen und dann lediglich
Werkzeuge 63 mittels der oben beschriebenen Wechselvorrichtung 1 auszutauschen.
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Bei
dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wechselvorrichtung 1 auf
einer geeigneten Ablage 122 bereitgestellt. Dorthin werden
also der Werkzeugspindel 111 entnommene Werkzeuge abgesetzt,
dort werden auch Austauschwerkzeuge bereitgestellt. Es ist jedoch
grundsätzlich
möglich, auch
im Arbeitsraum 109 Werkzeuge für einen Werkzeugwechsel bereitzustellen.
Diese können
dann auf einer dort vorgesehenen Ablage zwischengelagert werden,
gegebenenfalls unter einer beweglichen Abdeckung, damit sie gegen
bei der Bearbeitung von Werkstücken 115 anfallende
Späne und
gegen Kühl-/Schmiermittel
geschützt
sind.
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8 zeigt
eine Prinzipskizze einer Sonderbearbeitungsmaschine 123 mit
einem Arbeitsraum 125, der von Wänden 127, 129 begrenzt
wird. In diese sind eine Reihe von Werkzeugspindeln 131 eingesetzt,
die verschiedene Werkzeuge aufnehmen können, unter anderem und insbesondere
auch Halter 101, wie sie anhand von 6 erläutert wurden.
Die Werkzeuge 133 werden bei Sonderbearbeitungsmaschinen 123 der
hier angesprochenen Art in der Regel ausschließlich in Rotation versetzt
und führen
keine Axialbewegung in Richtung der Drehachse der Werkzeugspindeln 131 aus.
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In
den Arbeitsraum 125 können
mittels eines in mehreren Achsen beweglichen Maschinentisches 135 Werkstücke eingebracht,
die den verschiedenen Werkzeugen 133 zur Bearbeitung zugeführt werden.
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Bei
einem Werkzeugwechsel in Zusammenhang mit einer Sonderbearbeitungsmaschine 123 gemäß 8 wird
das auszutauschende Werkzeug von einer Wechselvorrichtung 1 aufgenommen,
die mittels des Maschinentischs 135 einer Werkzeugspindel 131 zugeführt wird,
um das auszutauschende Werkzeug aufzunehmen.
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Entweder
wird dann dieser Werkzeugspindel 131 mit einer weiteren
Wechselvorrichtung 1 ein neues Werkzeug zugeführt. Oder
aber es wird der Maschinentisch 135 so bewegt, dass ein
auszutauschendes Werkzeug, das auch in die Wechselvorrichtung 1 eingesetzt
wird, nun der Werkzeugspindel 131 zugeführt werden kann.
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Es
gilt also hier, wie bei dem Bearbeitungszentrum 107 gemäß 7 das
gleiche Grundprinzip: Das auszutauschende Werkzeug und das Ersatzwerkzeug
können
unterschiedlichen Wechselvorrichtungen 1 zugeordnet sein.
Es ist aber auch möglich, mittels
einer einzigen Wechselvorrichtung das auszutauschende Werkzeug aufzunehmen
und das Ersatzwerkzeug bereitzustellen.
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Bei
der Verwendung von Sonderbearbeitungsmaschinen 123 wird
also insofern ein besonderes Bearbeitungsprinzip verfolgt, als diese
zwar mindestens eine, vorzugsweise eine Anzahl von Werkzeugspindeln 131 aufweist,
die in wenigstens einer den Arbeitsraum 125 umgebenden
Wand 127, 129 angebracht und in der Regel gemeinsam
angetrieben werden. Die den Werkzeugen 133 zugeordneten Werkzeugspindeln 131 führen keine
in Richtung der Rotationsachse liegende Transversalbewegung durch.
Die zur Bearbeitung eines Werkstücks 137 erforderlichen
Bewegungen werden ausschließlich vom
Werkstück 137 selbst
durchgeführt,
das auf dem in mehreren Achsen beweglichen Maschinentisch 135 aufgespannt
ist und nacheinander die verschiedenen Werkzeuge 133 anfährt. Es
ist möglich,
im Arbeitsraum der Sonderbearbeitungsmaschine 123 so viele
feste Werkzeugspindeln 131 und zugehörige Werkzeuge 133 anzuordnen,
dass während
eines Bearbeitungszyklusses kein Werkzeugwechsel erforderlich ist.
Das Werkstück 137 kann
nacheinander alle erforderlichen Werkzeuge anfahren, so dass die so
genannten Span-zu- Span-Zeiten
extrem verkürzt werden.
Die Sonderbearbeitungsmaschine 123 kann die unterschiedlichsten
Werkzeuge 133 aufweisen, beispielsweise Bohrer, Fräsköpfe, Reibahlen
oder dergleichen.
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Ein
Werkzeugwechsel der hier angesprochenen Art führt jedoch zu ungewollten,
häufig
auch langen Bearbeitungspausen.
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Es
ist bekannt, bei der Bearbeitung von Werkstücken Werkzeugmaschinen mit
einem oder mehreren Werkzeugen einzusetzen. Falls ein Werkzeug verschlissen
oder defekt ist, wird es entweder manuell oder automatisch ausgetauscht.
In Zusammenhang mit voll automatisierten Zerspanungsprozessen sind
Werkzeugmaschinen bekannt, die Werkzeugmagazine aufweisen. Die Werkzeugmaschine kann
aus dem Magazin herangeführte
Werkzeuge aufnehmen oder dort abholen, um ein defektes beziehungsweise
verschlissenes Werkzeug gegen ein anderes auszutauschen. Entsprechend
wird auch vorgegangen, wenn bei der Bearbeitung eines Werkstücks unterschiedliche
Werkzeuge eingesetzt werden müssen.
Hierbei tritt das bereits angesprochene Problem auf, dass bei einem
Austausch kompletter Werkzeuge ein relativ hoher Platzbedarf gegeben
ist. Bei der Verwendung von Werkzeugmagazinen muss für jedes
Werkzeug ein separater Platz bereitgestellt werden, so dass die
Magazine relativ groß ausfallen, oder
nur eine begrenzte Zahl von Werkzeugen aufnehmen können.
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Muss
in Zusammenhang mit Transferlinien 91 oder Rundtaktmaschinen
ein Werkzeug einer Bearbeitungsstation wegen eines Defekts oder
wegen Verschleiß ausgetauscht
werden, so führt
dies zur Stilllegung der kompletten Transferlinie beziehungsweise
der Rundtaktmaschine. Dasselbe gilt für anhand von 8 erläuterten
Sonder bearbeitungsmaschinen 123: Falls ein Werkzeug 133 verschlissen oder
defekt ist, muss die Maschine angehalten und das Werkzeug in der
Regel von Hand gewechselt werden.
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Mit
einer Werkzeugwechseleinrichtung der hier angesprochenen Art und
bei Verwendung von Werkzeugen, wie sie hier beschrieben wurden,
kann auf einfache Weise ein Werkzeugwechsel durchgeführt werden.
Dies gilt sowohl für
Werkzeugmaschinen mit einer einzigen ein Werkzeug haltenden Spindel
als auch für
Transferlinien 91, Rundtaktmaschinen und Sonderbearbeitungsmaschinen 123 der oben
erläuterten
Art.
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Im
Folgenden wird also auf die Funktion der Werkzeugwechseleinrichtung
aber auch auf ein Verfahren zum Wechseln mindestens eines Werkzeugs, beispielsweise
des Werkzeugs 63 gemäß den 3 und 4 näher eingegangen:
Bei
Verschleiß oder
Defekt eines Werkzeugs wird eine Wechselvorrichtung 1 in
den Arbeitsbereich einer Werkzeugmaschine gebracht. Diese fährt die Wechselvorrichtung 1 wie
ein Werkstück
an, daher wird die Wechselvorrichtung 1 auch als Werkstück-Dummy
bezeichnet. Das Werkzeug der Werkzeugmaschine fährt den mindestens einen Aufnahmebereich,
hier die mindestens eine Ausnehmung 5, 7 an, die
in den Grundkörper 3 der
Wechselvorrichtung 1 eingebracht ist, oder aber die Wechselvorrichtung 1 wird
der Werkzeugmaschine zugeführt.
Die in der Ausnehmung 5, 7 vorgesehene Eingriffseinrichtung 9, 11 wirkt
beim Einfahren des Werkzeugs in die Ausnehmung 5, 7 mit
dessen Montageabschnitt 87 zusammen. Aus 1 wird
deutlich, dass also die Stifte 15, 17 des Tellers 13 in
geeignete Ausnehmungen des Werkzeugs 63 eingreifen, die
dessen Montageab schnitt 87 bilden. Entsprechend kann der
Steckeinsatz 13' der
Eingriffseinrichtung 11 mit einem Montageabschnitt 87 eines
Werkzeugs zusammenwirken, das in die Ausnehmung 7 eingeführt wird.
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Das
nicht rotierende Werkzeug wird beim Einführen in die Ausnehmung 5, 7 axial,
also in Richtung der Mittelachse 27 bewegt, bis die Stifte 15, 17 beziehungsweise
der Steckeinsatz 13' die
Vorderseite 77 des Werkzeugs 63 berührt. Durch
eine langsame Rotationsbewegung des Werkzeugs, die von der Werkzeugmaschine
bewirkt wird, wird die Relativposition zwischen Montageabschnitt 87 und
der Eingriffseinrichtung 9, 11 so lange verändert, bis
die Stifte beziehungsweise der Steckeinsatz in den Montageabschnitt 87 verdrehsicher
einrasten. Das Werkzeug 63 kann mit leichtem Druck gegen
die Eingriffseinrichtung 9, 11 gefahren werden,
weil durch die Federeinrichtung 29 über einen gewissen Axialweg
in Richtung der Mittelachse 27 eine Ausgleichbewegung der
Eingriffseinrichtung 9, 11 möglich ist. Dadurch wird das
Einrasten der Eingriffseinrichtung in den Montageabschnitt 87 des
Werkzeugs 63 erleichtert.
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Nach
dem Zusammenkoppeln der Eingriffseinrichtung 9, 11 mit
dem Montageabschnitt 87 wird das Werkzeug 63 so
gedreht, dass die Rastscheibe 33 gegen den Uhrzeigersinn
in Rotation versetzt wird, bis die erste Flanke 49 einer
Rastnase 47 gegen den Rastbolzen 37 anschlägt. Bei
einer weiteren Drehbewegung der Werkzeugaufnahme, beispielsweise
eines Halters 101, eines Adapters oder eines Zwischenstücks, wird
nun das Werkzeug 63 im Bereich der Kopplungsstelle 73 von
dem entsprechenden Gegenstück,
beispielsweise dem Halter, gelöst.
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Die
Ausgestaltung der Kopplungsstelle 73 ist dabei belanglos.
Anstelle eines Gewindeansatzes 83 kann auch eine Bajonettverriegelung
oder dergleichen vorgesehen werden.
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Durch
das Zusammenspiel zwischen Montageabschnitt 87 des Werkzeugs 63 und
einer Eingriffseinrichtung 9, 11 ist es also möglich, ein
Werkzeug 63 im Bereich seiner Kopplungsstelle 73 von
einer Halterung, einem Adapter, einem Zwischenstück oder dergleichen zu lösen.
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Grundsätzlich ist
es auch denkbar, bei einer sicheren Verbindung zwischen Montageabschnitt 87 und
Eingriffseinrichtung 9, 11 das Werkzeug an der Maschinenspindel
zu lösen,
zumindest dann, wenn hier eine automatische Spindel vorgesehen ist.
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Vorzugsweise
wird aber eine Kopplungsstelle 73 der hier angesprochenen
Art realisiert, um ein Teilwerkzeug, nämlich das Werkzeug 63 von
einem Halter oder dergleichen abzubauen.
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Das
demontierte Werkzeug 63 verbleibt im Aufnahmebereich, hier
in der Ausnehmung 5, 7 der Wechselvorrichtung 1 und
wird dort vorzugsweise von der oben erwähnten Sicherung gehalten, auch wenn
nun die Wechselvorrichtung 1 aus dem Arbeitsbereich der
Werkzeugmaschine entfernt wird.
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In
einem weiteren Schritt kann nun eine Wechselvorrichtung 1 mit
einem in der mindestens einen Ausnehmung 5, 7 im Grundkörper 3 der
Wechselvorrichtung 1 vorgesehenen neuen Werkzeug in den
Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine herangefahren werden. Das Werkzeug
wird von der Eingriffseinrichtung 9, 11 über seinen
Montageabschnitt 87, gegebenenfalls durch die Sicherung,
gehalten. Die Werkzeugmaschine kann daher nun zur Kopplungsstelle 73 des
Werkzeugs 63 verfahren werden, um hier eine sichere Verbindung
herzustellen. Beispielsweise wird ein mit der Werkzeugmaschine verbundener
Halter in Rotation versetzt, und zwar so, dass die Rastscheibe 33 gemäß der Darstellung
in 2 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Durch die Zentrierhilfe 85 am
Werkzeug 63 kann der Halter besonders leicht auf die Kopplungsstelle 73 aufgesetzt
werden. Sobald dies geschehen ist, dreht sich die Spindel der Werkzeugmaschine,
damit auch das der Kopplungsstelle 73 zugeordnete Gegenstück, das
als Halter, Adapter oder Zwischenstück ausgebildet sein kann.
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Der
Gewindeansatz 83 wirkt nun mit einem Innengewinde im Gegenstück zusammen,
so dass das Werkzeug in das Gegenstück, beispielsweise in einen
Halter, eingeschraubt wird. Der im Bereich des Schafts 75 vorzugsweise
vorgesehene Außenkegel hat
ein geringes Übermaß zu einem
im Gegenstück vorgesehenen
Innenkegel, so dass es eines gewissen Drehmoments bedarf, um die
Planfläche 81 mit einer
zugehörigen
Planfläche
am Gegenstück
anzulegen. Um das hierfür
erforderliche Drehmoment einstellen zu können, dreht sich das Gegenstück so, dass
gemäß 2 die
Rastscheibe 33 im Uhrzeigersinn gedreht wird, so dass der
Rastbolzen 37 gegen die Kraft des Federelements 39 in
die Ausnehmung 41 im Grundkörper 3 der Wechselvorrichtung 1 zurückverlagert
werden kann und eine Drehung der Rastscheibe 33 ermöglicht ist.
Die Rastscheibe 33 erfährt
durch die Kupplung 23 ein Bremsmoment, so dass das Werkzeug 63 fest
mit dem Gegenstück
verschraubt wird, bis das gewünschte
Anzugsmoment erreicht ist. Vorzugsweise ist die Kupplung 23 einstellbar,
so dass unterschiedliche Drehmomente beim Ein schrauben des Werkzeugs 63 in
ein geeignetes Gegenstück
eingestellt werden können.
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Ist
das gewünschte
Drehmoment erreicht, dreht die Kupplung 23 durch, so dass
das Werkzeug nicht zu fest angezogen werden kann.
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Durch
geeignete Sensoren im Bereich der Wechselvorrichtung 1 oder
des Antriebs der Werkzeugmaschine kann zur Überwachung des Kopplungsvorgangs
festgestellt werden, wann die Kupplung 23 durchdreht und
damit eine Rotation des über die
Eingriffseinrichtung 9, 11 und dem Montageabschnitt 87 gehaltenen
Werkzeugs 63 möglich
ist. Eine weitere Drehung der Spindel der Werkzeugmaschine wird
nunmehr unterbunden. Durch eine Relativbewegung in Richtung der
Mittelachse 27 wird nun das Werkzeug 63 aus der
Ausnehmung 5, 7 herausgenommen und steht nun für die Bearbeitung
eines Werkstücks
zur Verfügung.
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Es
wird deutlich, dass die Wechselvorrichtung 1 auch dazu
verwendet werden kann, Werkzeuge auszutauschen, die unmittelbar
in der Spindel einer Werkzeugmaschine verankert sind, sofern diese eine
automatische Werkzeugspannung aufweist. Außerdem kann ein Werkzeugwechsel
nicht nur bei einem Verschleiß oder
Defekt eines Werkzeugs durchgeführt
werden, sondern auch dann, wenn für die Bearbeitung eines Werkstücks unterschiedliche
Werkzeuge erforderlich sind. Bei einem Werkzeugwechsel kann die
Wechselvorrichtung 1 ein Werkzeug in einem Aufnahmebereich,
beispielsweise in einer Ausnehmung aufnehmen. Ein Ersatzwerkzeug
kann von einer weiteren Wechselvorrichtung 1 bereitgestellt werden,
so dass zunächst
die erste Wechselvorrichtung entfernt und die neue Wechselvorrichtung
herangefahren werden muss. Denkbar ist es aber auch, in einer Ausnehmung
des Grundkörpers 3 der
Wechselvorrichtung 1 ein Werkzeug aufzunehmen und in einer
anderen Ausnehmung ein neues Werkzeug zur Verfügung zu stellen.
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Aus
den Erläuterungen
wird deutlich, dass die Rastvorrichtung 31 so ausgebildet
ist, dass bei der Demontage eines Werkzeugs ein höheres Brems-Drehmoment
aufgebracht werden kann, als beim Montieren: Beim Lösen ist
die Rastscheibe 33 über
den Rastbolzen 37 quasi starr mit dem Grundkörper 3 der
Wechselvorrichtung 1 verbunden, sobald die erste Flanke 49 an
der Außenfläche des Rastbolzens 37 anschlägt.
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Die
Erläuterungen
zu dem Verfahren zeigen, dass die Wechselvorrichtung 1 einen
Austausch eines Werkzeugs in einem Verfahrensschritt ermöglicht,
nämlich
dann, wenn wenigstens zwei Ausnehmungen im Grundkörper der
Wechselvorrichtung 1 vorgesehen sind, von denen eine das
zu demontierende Werkzeug aufnimmt und die andere das Ersatzwerkzeug.
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Das
Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Werkzeugwechsel auch
bei einem Mehrspindelkopf oder bei einer Sonderbearbeitungsmaschine
möglich
ist. Die Wechselvorrichtung kann mit einzelnen Werkzeugen des Mehrspindelkopfs
beziehungsweise der Sonderbearbeitungsmaschine zusammenwirken, um
einzelne Werkzeuge auszutauschen. Auch können mehrere Werkzeuge sequenziell,
also hintereinander, ausgetauscht werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, dass die Wechselvorrichtung 1 auch
so ausgebildet werden kann, dass in deren Grundkörper 3 mehrere Aufnahmebereiche
vorgesehen und diese so angeordnet sind, dass deren Anordnung der
Anordnung der Werkzeuge im Mehrspindel kopf beziehungsweise in der
Sonderbearbeitungsmaschine entspricht. In einem einzigen Bearbeitungsgang
können
also auch sämtliche Werkzeuge
eines Mehrspindelkopfs beziehungsweise einer Sonderbearbeitungsmaschine
abgenommen und ersetzt werden. Hierzu können zwei verschiedene Wechselvorrichtungen
nacheinander eingesetzt werden. Denkbar ist es aber auch, zwei Gruppen
von Aufnahmebereichen in einer Wechselvorrichtung vorzusehen und
in der ersten Gruppe der Ausnehmungen die auszutauschenden Werkzeuge aufzunehmen
und mit Hilfe der zweiten Gruppe die Ersatzwerkzeuge bereitzustellen.
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Bei
einem Werkzeugwechsel ist es möglich, eine
ein Werkzeug aufnehmende Spindel einer Werkzeugmaschine gegenüber einer
feststehenden Wechselvorrichtung 1 zu bewegen, oder aber
diese gegenüber
einer oder mehreren feststehenden Spindeln zu bewegen, beispielsweise
bei einem Werkzeugwechsel einer Sonderbearbeitungsmaschine.
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Das
Verfahren kann auch in Zusammenhang mit einer Transferlinie 91 oder
einer Rundtaktmaschine eingesetzt werden: Bei Verschleiß oder Defekt
eines Werkzeugs wird eine Wechselvorrichtung anstelle eines Werkstücks 97 in
den Bearbeitungsvorgang eingeschleust, also auf die Fördereinrichtung 99 aufgesetzt.
Durch eine entsprechende Kodierung der Wechselvorrichtung 1 wird
sichergestellt, dass an der Bearbeitungsstation, an der ein Werkzeugwechsel durchgeführt werden
soll, das auszutauschende Werkzeug an die Wechselvorrichtung 1 übergeben wird.
Eine nachfolgende Wechselvorrichtung 1, die ebenfalls in
den Bearbeitungsvorgang eingeschleust wird, liefert das Ersatzwerkzeug,
das – wie
oben beschrieben – das
demontierte Werkzeug ersetzt.
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Es
ist damit möglich,
in laufende Bearbeitungsvorgänge
Wechselvorrichtungen 1 einzubringen, um beispielsweise
nach einem vorgegebenen Bearbeitungszyklus ein Werkzeug auszutauschen, bevor
der Verschleiß gewisse
Toleranzgrenzen überschreitet.
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Bestehende
Bearbeitungszentren können durch
die hier beschriebene Werkzeugwechseleinrichtung beziehungsweise
durch das hier erläuterte Verfahren
erweitert werden: Es ist nicht zwingend erforderlich, alle erdenklichen
Werkzeuge in einem Werkzeugmagazin unterzubringen. Denkbar ist es auch,
zusätzliche
Werkzeuge mittels einer Wechselvorrichtung 1 in den Arbeitsbereich
des Bearbeitungszentrums zu verlagern, beispielsweise in den Arbeitsraum
dieser Maschine. Dort kann dann auf die hier beschriebene Weise
ein Werkzeugwechsel vorgenommen werden.
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Es
ist damit möglich,
zusätzliche
Werkzeuge bei einem Bearbeitungsverfahren einzusetzen oder eine
größere Anzahl
von Werkstücken
für den
Fall eines Werkzeugverschleißes
oder -ausfalls bereitzustellen und einen automatischen Werkzeugwechsel durchzuführen.
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Es
ist offensichtlich, dass die Werkzeugwechseleinrichtung dabei sehr
flexibel ist, weil die Wechselvorrichtung 1 an die unterschiedlichsten
Anwendungsfälle
angepasst werden kann. Es ist möglich,
Eingriffseinrichtungen so abzuwandeln, dass diese mit einer Vielzahl
von Montageabschnitten von Werkzeugen zusammenwirken können und
somit einen automatischen Werkzeugwechsel ermöglichen.
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Ohne
weiteres können
bestehende Werkzeugmaschinen mit der hier beschriebenen Werkzeugwechseleinrichtung
nachgerüstet
werden. Auch kann das erläuterte
Verfahren mit herkömmlichen Maschinen durchgeführt werden,
wobei ganze Werkzeuge austauschbar sind, wenn die Werkzeugmaschine
eine automatische Spindel aufweist, die gezielt aktiviert und deaktiviert
werden kann. Besonders bevorzugtes Einsatzgebiet ist aber, lediglich
Werkzeugköpfe
auszutauschen und damit eine sehr hohe Bearbeitungsflexibilität bei minimalem
Raumbedarf zu realisieren.
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Bei
der automatisierten Bearbeitung von Werkstücken können dezentral Werkzeuge in
Wechselvorrichtungen 1 bereitgestellt und einem Bearbeitungsprozess
zugeführt
werden. Dies führt
dazu, dass Bearbeitungsbereiche sehr kompakt aufgebaut werden können.
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Schließlich wird
auch deutlich, dass auch bei so genannten Pick-up-Systemen die Verwendung der
hier beschriebenen Wechselvorrichtung 1 möglich ist.
Durch einen Roboter werden Werkstücke in den Arbeitsbereich einer
Werkzeugmaschine, beispielsweise in den Arbeitsraum des Bearbeitungszentrums,
verlagert. Bei einem Werkzeugwechsel wird anstelle eines Werkzeugs
eine Wechselvorrichtung 1 in den Arbeitsraum gebracht,
so dass ein automatisches Wechseln von Werkzeugen und Teilwerkzeugen
möglich
ist.
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Besonders
vorteilhaft ist der Einsatz der hier beschriebenen Werkzeugwechseleinrichtung
bei Transferlinien, Rundtaktmaschinen und Sonderbearbeitungsmaschinen,
weil ein Werkzeugwechsel auch ohne Stilllegung des gesamten Bearbeitungssystems erfolgen
kann, zumindest dann, wenn routinemäßig aufgrund von Verschleiß oder unterschiedlichen
Bearbeitungskonzepten Werkzeuge ausgetauscht werden müssen.
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Aus
den Erläuterungen
wird deutlich, dass es besonders vorteilhaft ist, die für die Werkzeugwechseleinrichtung
und das Verfahren ver wendeten Werkzeuge speziell abzustimmen darauf,
dass ein automatischer Werkzeugwechsel erfolgen soll. Beispielsweise
ist es besonders vorteilhaft, bei Werkzeugen 63 mit einer
Kopplungsstelle 73, die einen Gewindeansatz 83 umfasst,
eine Zentrierhilfe 85 vorzusehen, die auf einfache Weise
durch einen Zentriereinsatz realisierbar ist. Dadurch kann ohne
weiteres ein Gegenstück,
insbesondere ein Halter oder dergleichen, auf die Kopplungsstelle 73 eines
Werkzeugs 63 aufgesetzt werden.
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Da
die Eingriffseinrichtung 9, 11 sehr variabel ausgebildet
werden kann, ist es ohne weiteres möglich, bestehende Bearbeitungssysteme
mit einem oder mehreren Werkzeugen mit Hilfe der hier beschriebenen
Wechselvorrichtung 1 auszurüsten und damit ein Werkzeugwechseleinrichtung
zu realisieren, das die hier beschriebenen Vorteile aufweist.
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Aus
der Beschreibung der Werkzeugwechseleinrichtung und des Verfahrens
wird deutlich, dass die Wechselvorrichtung 1 besonders
vorteilhaft mit einem Halter 101 verwendet werden kann.
Bei einem Werkzeugwechsel ist es nicht erforderlich, die komplette
Werkzeugeinrichtung mit Halter und Werkzeug auszutauschen. Vielmehr
ist es möglich,
lediglich einen Teil einer mehrteiligen Werkzeugeinrichtung, beispielsweise
einen Schneidkopf, also das Werkzeug 63, zu wechseln. Dabei
ergibt sich ein sehr geringer Raumbedarf, weil eben nicht die komplette
Werkzeugeinrichtung sondern eben nur das Werkzeug 63 ausgetauscht
wird, während
der zugehörige
Halter 101 in der Werkzeugspindel verbleibt.
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In
Zusammenhang mit einem Mehrspindelkopf und einer Sonderbearbeitungsmaschine
ist es möglich,
bei einer Wechselvorrichtung Aufnahmebereiche vorzusehen, die entsprechend
den Spindeln des Mehrspindelkopfs beziehungsweise der Sonderbearbeitungsmaschine
angeordnet sind. Dadurch können
bei einem einzigen Wechselvorgang alle Werkzeuge des Mehrspindelkopfs
beziehungsweise der Sonderbearbeitungsmaschine demontiert und ausgetauscht
werden.