DE102005017524A1

DE102005017524A1 - Werkzeugwechselsystem für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102005017524A1
Application number: DE102005017524A
Authority: DE
Inventors: Sascha Jaumann; Jürgen Bilger
Original assignee: Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Current assignee: Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-02-23
Also published as: WO2006018009A3; WO2006018009A2

Abstract

Offenbart ist ein Werkzeugwechselsystem für eine Werkzeugmaschine, mit einem Werkzeugmagazin und einem Werkzeuggreifer, über den ein zu wechselndes Werkzeug aus einer spindelseitigen Werkzeugaufnahme mittels einer von einem einzigen Antrieb angetriebenen Übergabeeinheit zum Entnehmen und Übergeben des Werkzeugs zwischen Werkzeugmagazin und Werkzeuggreifer entnehmbar ist, wobei die Werkzeughalterung zwischen Werkzeugmagazin und Werkzeuggreifer entlang einer Bewegungsbahn bewegbar ist und zum Entnehmen oder Übergeben des Werkzeugs von bzw. an das Werkzeugmagazin entlang einer zur Bewegungsbahn angestellten Übergabebahn bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeugwechselsystem für eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Steigerung der Produktivität, Flexibilität und Wirtschaftlichkeit moderner Werkzeugmaschinen hat im Wesentlichen die Automatisierungstechnik beigetragen, wobei automatisch arbeitende Werkzeugversorgungssysteme neben den eigentlichen Werkzeugmaschinen immer mehr an Bedeutung gewinnen. Für die flexible Versorgung von Einzelmaschinen und Mehrmaschinensystemen mit Werkzeugen werden in Abhängigkeit vom angestrebten Automatisierungsgrad unterschiedliche Systeme benötigt.
Insbesondere durch den Einsatz automatischer Werkzeugwechselsysteme mit Werkzeugmagazinen ergeben sich im Bereich der Fertigung kürzere Durchlaufzeiten mit einer höheren Auslastung des Fertigungspotentials und daraus resultierend verringerte Herstellungskosten der Produkte. Die durch einen Werkzeugwechsel bedingten Nebenzeiten können auf ein Minimum reduziert werden.

Ein derartiges Werkzeugwechselsystem ist beispielsweise aus dem Buch Werkzeugmaschinen, Band 1, VDI Verlag (Seite 467, Bild 5-62) bekannt. Dieses Werkzeugwechselsystem verwendet einen im spindelnahen Bereich angeordneten geraden Doppelarmgreifer mit je einer Schwenk- und einer Hubachse, wobei für jeden Werkzeugwechsel der Spindelkasten in eine definierte Übergabeposition in Bezug auf das Werkzeugmagazin verfahren wird. Anschließend kann der Doppelarmgreifer aus seiner Ruheposition verschwenkt und in Eingriff mit den beiden Werkzeugen gebracht werden. Über eine Hubbewegung des Doppelarmgreifers werden beide Werkzeuge entnommen und nach einer 180°-Drehbewegung durch eine Rückhubbewegung die Werkzeugspindel neu bestückt und gleichzeitig das alte Werkzeug im Werkzeugmagazin abgelegt. Nach der Rückschwenkbewegung des Doppelarmgreifers in seine Ruheposition ist der Werkzeugwechsel abgeschlossen. Nachteilig bei derartigen Werkzeugwechselsystemen ist zum einen, dass das Werkzeugmagazin bedingt durch den begrenzten Einsatzradius des Doppelarmgreifers in räumlicher Nähe zur Werkzeugmaschine positioniert sein muss und zum anderen keine Werkzeuge aus dem Störbereich des Werkzeugmagazins entnommen und für einen späteren Werkzeugwechsel bereitgestellt werden können (Puffer-Funktion). Weiterhin ist eine manuelle Zubringung von Werkzeug zum hauptzeitparallelen manuellen Beladen bei laufendem Werkzeugmagazin nicht ohne weitere Einrichtungen möglich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeugwechselsystem für eine Werkzeugmaschine zu schaffen, das gegenüber herkömmlichen Lösungen einen räumlichen Abstand zwischen Werkzeugmagazin und Werkzeugmaschine ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeugwechselsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Werkzeugwechselsystem verwendet eine durch einen einzigen Antrieb angetriebene Übergabeeinheit mit einer Werkzeughalterung zum Entnehmen und Übergeben des Werkzeugs zwischen einem Werkzeugmagazin und einem räumlich beabstandet angeordneten Werkzeuggreifer.

Hierzu ist die Übergabeeinheit entlang einer Bewegungsbahn zwischen dem Werkzeugmagazin und dem Werkzeuggreifer bewegbar und zum Entnehmen oder Übergeben des Werkzeugs von bzw. an das Werkzeugmagazin entlang einer zur Bewegungsbahn angestellten Übergabebahn verfahrbar. Der Antrieb wirkt vorzugsweise über einen Koppelmechanismus auf die Werkzeughalterung, so dass diese entlang der Bewegungsbahn und der Übergabebahn verfahrbar ist.

Das Werkzeugwechselsystem ist dadurch in der Lage, ein Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin zu entnehmen, zwischen dem Werkzeugmagazin und dem Werkzeuggreifer zu verfahren und das Werkzeug an den Werkzeuggreifer zu übergeben und umgekehrt. Weiterhin kann eine zusätzliche Übergabeeinheit in eine Wartestellung zum hauptzeitparallelen manuellen Beladen verfahren werden.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verlaufen die Bewegungsbahn und die Übergabebahn linear und sind senkrecht zueinander angestellt. Die Werkzeughalterung kann auf einem Kreuzschlitten geführt sein, wobei die Werkzeugaufnahme über einen Führungswagen auf einer am Kreuzschlitten angeordneten Führungsschiene der Übergabebahn gelagert ist. Der Kreuzschlitten ist auf einem zweiten Führungswagen verfahrbar auf einer Führungsschiene der Bewegungsbahn gelagert, d.h. bei dieser Variante bewegt sich die Führungsschiene der Übergabebahn mitsamt dem Kreuzschlitten entlang der Bewegungsbahn.

Der verwendete Koppelmechanismus wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Kniegelenkgetriebe mit einer angetriebenen Schwenkkurbel ausgebildet, wobei der Antrieb vorzugsweise am vom Kniegelenkbereich entfernten Abschnitt der Schwenkkurbel bspw. an einem im Auge der Schwenkkurbel gelagerten Bolzen angreift. Der Antrieb kann über eine Zylinderanordnung, insbesondere über einen kolbenstangenlosen Zylinder erfolgen, der einen pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Kolben aufweist und bei wesentlich verringertem Bauraum eine maximale Verfahrlänge ermöglicht, da die Antriebskraft mit der Schwenkkurbel nahezu direkt am Kolben abgreifbar ist.

Das erfindungsgemäße Werkzeugwechselsystem ist nicht auf das beschriebene Antriebssystem beschränkt, vielmehr kann jedes aus dem Stand der Technik bekannte Antriebssystem, insbesondere auch ein Linearantrieb Verwendung finden.

Die Schwenkkurbel wird bei einem Ausführungsbeispiel im Kniegelenkbereich gelenkig mit zwei Kniegelenkhebeln verbunden, von denen einer drehbar an der Werkzeughalterung und der andere drehbar am Kreuzschlitten gelagert ist.

Die verwendete Werkzeughalterung ist vorzugsweise mit einer Spannvorrichtung zur sicheren Fixierung und Positionierung des Werkzeugs während des Bewegungsablaufs ausgestattet. Beispielsweise kann die zur Fixierung benötigte Spannkraft mittels einer Federanordnung oder über eine zweite Kniegelenkanordnung aufgebracht werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist eine Kulissenrolle im Kniegelenkbereich an den Kniegelenkhebeln und der Schwenkkurbel angeordnet und in einer Schiebekulisse geführt. Die Schiebekulisse hat vorzugsweise eine der Bewegungsbahn zugeordnete Linearbahn und einen sich daran anschließenden, der Übergabebahn zugeordneten, gekrümmten Abschnitt.

Durch die Zwangsführung der Kulissenrolle in der Schiebekulisse wird über den Antrieb des Kniegelenkgetriebes eine zumindest zweiachsige Bewegung des Werkzeug wechslers ausgeführt. Der Bewegungsablauf wird hierbei von der Schiebekulisse gesteuert da diese immer nur eine Bewegungsrichtung freigibt und die andere blockiert. Dadurch können die beiden Kniegelenkhebel zur Bewegung der Übergabeeinheit entlang der Bewegungsbahn in eine Streckstellung und zur Bewegung entlang der Übergabebahn in eine Knickposition gebracht werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich die aus der Kniegelenkkinematik resultierende schnelle Bewegung zu Beginn des Andockvorgangs, d.h. aus der Knickstellung, und die sanfte Verzögerung mit gleichzeitiger Krafterhöhung bei Erreichen der Endstellung erwiesen. Im Bereich der Endstellung, d.h. in Streckstellung der Kniegelenkhebel, erzeugt das Kniegelenkgetriebe seine maximale Kraft bei gleichzeitig höchster Präzision und größter Steifigkeit. In dieser Stellung ist das Werkzeug von der Werkzeughalterung aufgenommen und die Magazintasche entriegelt.

Weiterhin ist die Bewegung entlang der Bewegungsbahn durch die Position der Kulissenrolle im Linearteil der Schiebekulisse freigegeben, somit kann die Übergabeeinheit in Streckstellung entlang der Bewegungsbahn verfahren und das Werkzeug für den Werkzeuggreifer bereitstellen.

Der vom Kniegelenkbereich entfernte Abschnitt der Schwenkkurbel wird vorzugsweise auf einer Führung bspw. auf einer am Kreuzschlitten verschiebbar gelagerten Führungsstange, die parallel zur Bewegungsbahn verläuft, drehbar gelagert, wobei die Führung die auftretenden Querkräfte der Kniegelenkanordnung übernimmt und die Belastung des Antriebs auf Längskräfte beschränkt.

Als Werkzeugmagazin wird beispielsweise ein von einem Kettenantrieb angetriebenes Kettenmagazin mit einer Vielzahl von Kettengliedern in Form von Magazintaschen zur Aufnahme der Werkzeuge verwendet, wobei die Kettenglieder über Rollenanordnungen auf einer Führungsbahn des Kettenmagazins verfahrbar gelagert sind.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat jedes Kettenglied zwei zueinander beabstandete Rollenanordnungen, zwischen denen zumindest eine weitere Zwischenrolle angeordnet ist. Aufgrund der Zwischenrolle kann die Teilung des Kettenantriebsrades halbiert und die Zähnezahl am Kettenantrieb verdoppelt werden. Der dadurch verringerte Rollenabstand führt zu einem ruhigeren Lauf des Kettenmagazins und einer verbesserten Positioniergenauigkeit. Weiterhin vergrößert sich durch die verdoppelte Zähnezahl des Antriebsrades die übertragbare Antriebskraft.

Der Kettenantrieb wird vorteilhafterweise zwischen den Umlenkbereichen des Kettenmagazins, insbesondere im Bereich der Übergabeeinheit, angeordnet um die Positioniergenauigkeit des Antriebs möglichst wenig durch elastische Längenänderungen der Kette zu beeinflussen.

Besonders bevorzugt ist der Antrieb daher auf einer Übergabeseite des Kettenmagazins angeordnet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn jede der Magazintaschen eine das Werkzeug zumindest abschnittsweise umgreifende Verriegelungsklammer aufweist, die schwenkbar an einem Aufsatz gelagert ist, der seinerseits an einem Kettenglied befestigt ist. Zum sicheren Halt des Werkzeugs in der Magazintasche, kann die Verriegelungsklammer über eine Haltekralle kraft und/oder formschlüssig mit dem Werkzeug in Eingriff gebracht werden. Der Drehpunkt der Verriegelungsklammer wird vorzugsweise in Verschwenkrichtung zum Eingriffsbereich der Haltekrallen versetzt, um eine Einzugskraft auf das Werkzeug in Richtung der Magazintasche zu erzeugen und Toleranzabweichungen in der Aufnahme auszugleichen.

Um während der Rotation des Werkzeugmagazins einen sicheren Werkzeughalt in der Magazintasche zu erreichen, kann die Verriegelungsklammer durch zumindest eine zwischen Verriegelungsklammer und Aufsatz angeordnete Feder in ihre Eingriffsposition vorgespannt sein.

Die Verriegelungsklammer ist vorzugsweise über ihre Drehachse hinaus zu einem Anschlagteil verlängert, auf das bei der Bewegung des Werkzeughalters zumindest ein auf der Werkzeughalterung angeordneter Anschlag z.B. eine Rolle seitlich oder von unten aufläuft. Bei der weiteren Bewegung des Werkzeughalters wird die Verriegelungsklammer in eine Freigabestellung verschwenkt und die Übergabeeinheit kann das im Werkzeughalter aufzunehmende bzw. aufgenommene Werkzeug aus der Magazintasche entnehmen oder an diese übergeben.

Ein störender Effekt bei Kettenantrieben ist der Polygoneffekt. Dieser entsteht dadurch, dass die Länge des Kettenstranges (Polygonzug der einzelnen Kettenglieder) in den Umlenkungsbereich nicht mit der Umfangslänge der Kullissenbahn übereinstimmt. Der Polygoneffekt führt zu großen Kräften auf die Führungsbahn und zu verschlechterten Laufeigenschaften des Kettenmagazins bis hin zum Klemmen des Kettenstranges. Aus diesem Grund hat eine vorteilhafte Ausgestaltung der Umlenkungsbereiche des Kettenmagazins eine von der Kreisform abweichende Kurvenbahn zur Kompensation des Polygoneffekts. Durch die von der Kreisform abweichenden Umlenkungsbereiche werden die Längenänderungen des Polygonzuges im Umlenkungsbereich mathematisch reduziert oder kompensiert.

Zur Erhöhung der Werkzeugkapazität können dem Werkzeugwechselsystem zumindest zwei Kettenmagazine, vorzugsweise ähnlicher Bauart, zugeordnet sein. Vorzugsweise sind die Werkzeuge über einen Manipulator, insbesondere über einen 2-achsigen Manipulator, zwischen den Kettenmagazinen wechselbar.

Das erfindungsgemäße Werkzeugwechselsystem wird vorzugsweise von zumindest einer auf der von der Übergabeseite des Kettenmagazins entfernten Seite angeordneten Beladestation mit Werkzeugen bestückt.

Das Werkzeugwechselsystem kann weiterhin zumindest eine Reinigungsanordnung für Werkzeuge entlang der Bewegungsbahn aufweisen.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Vorderansicht auf eine Werkzeugmaschine mit einem erfindungsgemäßen Werkzeugwechselsystem;

2 eine perspektivische Darstellung einer Übergabeeinheit;

3 eine perspektivische Darstellung eines Kniegelenkgetriebe;

4 eine perspektivische Darstellung einer Schiebekulisse;

5 eine Draufsicht auf ein Kniegelenkgetriebe in seiner Streckstellung;

6 eine Draufsicht auf ein Kniegelenkgetriebe in seiner Knickstellung;

7a eine perspektivische Darstellung eines einzelnen Kettengliedes mit einem Werkzeug;

7b eine perspektivische Darstellung des Kettenglieds ohne Werkzeug und

8 eine Ansicht von unten auf ein einzelnes Kettenglied.

1 zeigt eine Vorderansicht auf eine Werkzeugmaschine 1, bei der ein in Y- und Z-Richtung bewegbarer Spindelträger 2 über eine Kreuzführung an einem Ständer 4 geführt und ein Werkstücktisch 6 in X-Richtung verfahrbar auf einem Maschinenbett 8 gelagert ist. Der Spindelträger 2 trägt eine horizontale Arbeitsspindel 10 mit einer Werkzeugaufnahme 12 zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs 14.
An der Werkzeugmaschine 1 ist ein Werkzeugwechselsystem 16 mit einem seitlich angeordneten Kettenmagazin 18 angeordnet, in dem die der Arbeitsspindel 10 zuzuführenden Werkzeuge 14 in Magazintaschen 19 aufgenommen sind. Das verwendete Kettenmagazin 18 wird beispielsweise von fünf Beladestation 20 mit Werkzeugen 14 bestückt. Das Werkzeugwechselsystem 16 verwendet erfindungsgemäß eine verfahrbare Übergabeeinheit 22 mit einer Werkzeughalterung 24 zum Entnehmen und Übergeben des Werkzeugs 14 zwischen dem Werkzeugmagazin 18 und einem räumlich beabstandet angeordneten Doppelarmgreifer 26 und ist über eine Konsole 28 an der Rückseite des Werkzeugmagazins 18 befestigt.
Der nicht dargestellte Kettenantrieb 30 ist zwischen den Umlenkbereichen 32, 34 des Kettenmagazins 18 im Bereich der Übergabeeinheit 22 angeordnet und ermöglicht eine hohe Positioniergenauigkeit des Kettenmagazins 18 in Bezug auf die Übergabeeinheit 22.
Gemäß 2 ist die Übergabeeinheit 22 entlang einer Bewegungsbahn 36 zwischen dem durch eine Magazintasche 19 angedeuteten Werkzeugmagazin 18 und dem Werkzeuggreifer 26 (siehe 1) bewegbar und zum Entnehmen oder Übergeben des Werkzeugs von bzw. an das Werkzeugmagazin 18 entlang einer zur Bewegungsbahn 36 angestellten Übergabebahn 38 verfahrbar. Die Bewegungsbahn 36 und die Übergabebahn 38 verlaufen linear und sind senkrecht zueinander angestellt. Die Werkzeughalterung 24 ist über zwei Führungswagen 44 auf einer am Kreuzschlitten 42 angeordneten Führungsschiene 46 der Übergabebahn 38 gelagert. Der Kreuzschlitten 42 ist auf einem zweiten Führungswagen 48 angeordnet, der auf einer Führungsschiene 50 der Bewegungsbahn 36 verfahrbar ist, d.h. die Führungsschiene 46 der Übergabebahn bewegt sich mitsamt dem Kreuzschlitten 42 entlang der Bewegungsbahn 36.
Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, wirkt ein kolbenstangenloser Zylinder 40 über einen als Kniegelenkgetriebe 52 ausgebildeten Koppelmechanismus 51 auf die mit gestrichelter Linie angedeutete Werkzeughalterung 24, so dass diese entlang der beiden Bahnen (36, 38) verfahrbar ist.
Durch das Kniegelenkgetriebe 52 ist die Übergabeeinheit 22 in der Lage, ein Werkzeug 14 aus dem Werkzeugmagazin 18 zu entnehmen, zwischen dem Werkzeuggreifer 26 zu verfahren und das Werkzeug 14 an diesen zu übergeben und umgekehrt (siehe 1).
Das Kniegelenkgetriebe 52 weist eine angetriebene Schwenkkurbel 54 auf, wobei der kolbenstangenlose Zylinder 40 an einem vom Kniegelenkbereich 56 entfernten Abschnitt 58 der Schwenkkurbel 54 an einem nicht dargestellten Auge der Schwenkkurbel 54 angreift. Der kolbenstangenlosen Zylinder 40 ist an einer Seitenfläche 60 eines Grundkörpers 62 befestigt und ermöglicht bei wesentlich verringertem Bauraum eine maximale Verfahrlänge der Übergabeeinheit 22.
Die Schwenkkurbel 54 ist im Kniegelenkbereich 56 gelenkig mit einem ersten Kniegelenkhebeln 64 und einem zweiten Kniegelenkhebel 66 verbunden. Der erste Kniegelenkhebel 64 ist drehbar an der Werkzeughalterung 24 und der zweite Kniegelenkhebel 66 drehbar am Kreuzschlitten 42 gelagert. Der vom Kniegelenkbereich 56 entfernte Abschnitt 58 der Schwenkkurbel 54 ist auf einer am Kreuzschlitten 42 parallel zur Bewegungsbahn 36 verschiebbar gelagerten Führungsstange 78 drehbar befestigt, um die auftretenden Querkräfte der Kniegelenkanordnung 52 aufzunehmen und die Belastung des kolbenstangenlosen Zylinders 40 auf Längskräfte zu beschränken.
Gemäß 4 ist eine Kulissenrolle 68 im Kniegelenkbereich 56 an den beiden Kniegelenkhebeln 64, 66 und der Schwenkkurbel 54 angeordnet und in einer Schiebekulisse 70 geführt. Die Schiebekulisse 70 hat eine der Bewegungsbahn 36 zugeordnete Linearbahn 72 und einen sich daran anschließenden, der Übergabebahn 38 zugeordneten, gekrümmten Abschnitt 74 (siehe auch 5). Durch die Zwangsführung der Kulissenrolle 68 in der Schiebekulisse 70 wird über den Antrieb 40 des Kniegelenkgetriebes 52 eine zweiachsige Bewegung des Werkzeugwechselsystems 16 ausgeführt. Der Bewegungsablauf wird hierbei von der Schiebekulisse 70 gesteuert, da diese immer nur eine Bewegungsrichtung freigibt und die andere blockiert.
Wie 5 zu entnehmen ist, können die beiden Kniegelenkhebel 64, 66 zur Aufnahme des Werkzeugs 14 und zur Bewegung der Übergabeeinheit 22 entlang der Bewegungsbahn 36 in die dargestellte Streckstellung gebracht werden. In dieser Position ist das Werkzeug 14 von der gestrichelt angedeuteten Werkzeughalterung 24 aufgenommen und die Magazintasche 19 von zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Werkzeughalterung angeordneten Anschlägen 75 bzw. Rollen 76 entriegelt. Das Kniegelenkgetriebe hat seine maximale Kraft bei gleichzeitig höchster Präzision und größter Steifigkeit erreicht. Weiterhin ist die Bewegungsbahn 36 durch die Position der gestrichelt angedeuteten Kulissenrolle 68 im Linearteil 72 der Schiebekulisse 70 freigegeben, somit kann sich die Kulissenrolle 68 in der Schiebekulisse 70 bewegen und die Übergabeeinheit 22 entlang der Bewegungsbahn 36 in Pfeilrichtung verfahren, um das Werkzeug 14 für den Werkzeuggreifer 26 (siehe 1) bereitzustellen.
Gemäß 6 sind die beiden Kniegelenkhebel 64, 66 zur Übergabe des Werkzeugs 14 an eine Magazintasche 19 in eine Knickposition bringbar. Hierzu wird die gestrichelt angedeutete Werkzeughalterung 24 entlang der Übergabebahn 38 in die dargestellte Stellung bewegt, wobei die Magazintasche 19 von den Rollen 76 entriegelt wird, das Werkzeug 14 aufnimmt und in eine verriegelte Position schwenkt.
7a zeigt ein einzelnes Kettenglied 80 aus dem Kettenmagazin 18 (siehe 1) mit einer Magazintasche 19 zur Aufnahme der Werkzeuge 14. Die Magazintasche 19 hat eine das Werkzeug 14 umgreifende Verriegelungsklammer 82, die schwenkbar an einem Aufsatz 84 gelagert ist, der seinerseits am Kettenglied 80 befestigt ist.
Die Verriegelungsklammer 82 ist in der dargestellten Schließstellung über zwei Haltekrallen 86, 88 die in Nuten 90, 92 des Werkzeugs eingreifen kraft- und formschlüssig mit dem Werkzeug 14 in Eingriff gebracht, wobei die Nuten 90, 92 an gegenüberliegenden Seiten des Werkzeugs 14 angeordnet sind. Eine Drehachse 94 der Verriegelungsklammer 82 ist in Verschwenkrichtung zum Eingriffsbereich der Haltekrallen 86, 88 versetzt nach oben angeordnet, woraus beim Verschwenken in die Spannposition eine Einzugskraft auf das Werkzeug 14 in Richtung der Magazintasche 19 resultiert, um bspw. Toleranzabweichungen in der Werkzeugaufnahme auszugleichen.
Wie insbesondere 7b zu entnehmen ist, hat der Aufsatz 84 werkzeugseitig einen bogenförmig zurückgesetzten Bereich 96 mit einem stirnseitigen Vorsprung 98, der abschnittsweise in eine korrespondierende Rille 100 (siehe 7a) des Werkzeugs 14 eingreift um dieses positioniert aufzunehmen. Die Verriegelungsklammer 82 wird von zwei, zwischen der Verriegelungsklammer 82 und dem Aufsatz 84 angeordneten Federn 102, 104, in ihre Eingriffsposition vorgespannt, um während der Rotation des Werkzeugmagazins 18 einen sicheren Werkzeughalt in der Magazintasche 19 zu erreichen.
Weiterhin ist die Verriegelungsklammer 82 über ihre Drehachse 94 hinaus zu zwei, mit Anlaufschrägen 109 versehenen, Anschlagteilen 106, 107 verlängert, auf die während der Bewegung des Werkzeughalters 24, gemäß 5, zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Werkzeughalterung 24 angeordnete Rollen 76 seitlich oder von unten auflaufen. D.h. durch die Bewegung des Werkzeughalters 24 entlang der Übergabebahn 38 wird die Verriegelungsklammer 82 in ihre Freigabestellung verschwenkt (siehe 5) und die Übergabeeinheit 22 kann das im Werkzeughalter 24 aufzunehmende bzw. aufgenommene Werkzeug 14 aus der Magazintasche 19 entnehmen oder an diese übergeben.
Gemäß 8 ist jedes der Kettenglieder 80 über zwei zueinander beabstandete Rollenanordnungen 108 bzw. 110, zwischen denen eine weitere Zwischenrolle 112 angeordnet ist, auf einer Führungsbahn 114 des Kettenmagazins 18 (siehe 1) beweglich gelagert. Dabei wird die Rollenanordnung 110 bei der Montage der Kettenglieder 80 durch die Rollenanordnung 108 des benachbarten Kettengliedes gebildet. Durch die zusätzliche Zwischenrolle 112 kann die Teilung des Kettenantriebsrades (nicht dargestellt) halbiert und die Zähnezahl am Kettenantrieb verdoppelt werden. Der dadurch verringerte Rollenabstand führt zu einem ruhigeren Lauf des Werkzeugmagazins 18 und einer verbesserten Positioniergenauigkeit. Weiterhin vergrößert sich durch die verdoppelte Zähnezahl des Antriebsrades die übertragbare Antriebskraft.
Offenbart ist ein Werkzeugwechselsystem 16 für eine Werkzeugmaschine 1, mit einem Werkzeugmagazin 18 und einem Werkzeuggreifer 26, über den ein zu wechselndes Werkzeug 14 aus einer spindelseitigen Werkzeugaufnahme 12 mittels einer von einem einzigen Antrieb 40 angetriebenen Übergabeeinheit 22 zum Entnehmen und Übergeben des Werkzeugs 14 zwischen Werkzeugmagazin 18 und Werkzeuggreifer 26 entnehmbar ist, wobei die Werkzeughalterung 24 zwischen Werkzeugmagazin 18 und Werkzeuggreifer 26 entlang einer Bewegungsbahn 36 bewegbar ist und zum Entnehmen oder Übergeben des Werkzeugs 14 von bzw. an das Werkzeugmagazin 18 entlang einer zur Bewegungsbahn 36 angestellten Übergabebahn 38 bewegbar ist.

1: Werkzeugmaschine
2: Spindelträger
4: Ständer
6: Werkstücktisch
8: Maschinenbett
10: Arbeitsspindel
12: Werkzeugaufnahme
14: Werkzeug
16: Werkzeugwechselsystem
18: Werkzeugmagazin
19: Magazintasche
20: Beladestation
22: Übergabeeinheit
24: Werkzeughalterung
26: Werkzeuggreifer
28: Konsole
30: Kettenantrieb
32: Umlenkbereich
34: Umlenkbereich
36: Bewegungsbahn
38: Übergabebahn
40: Kolbenstangenloser Zylinder
42: Kreuzschlitten
44: Führungswagenanordnung
46: Führungsschiene
48: Führungswagen
50: Führungsschiene
51: Koppelmechanismus
52: Kniegelenkgetriebe
54: Schwenkkurbel
56: Kniegelenkbereich
58: Abschnitt
60: Seitenfläche
62: Grundkörper
64: Kniegelenkhebel
66: Kniegelenkhebel
68: Kulissenrolle
70: Schiebekulisse
72: Linearbahn
74: Gekrümmter Abschnitt
75: Anschlag
76: Rolle
78: Führungsstange
80: Kettenglied
82: Verriegelungsklammer
84: Aufsatz
86: Haltekralle
88: Haltekralle
90: Nut
92: Nut
94: Drehachse
96: Bogenförmiger Bereich
98: Vorsprung
100: Rille
102: Feder
104: Feder
106: Anschlagteil
107: Anschlagteil
108: Rollenanordnung
109: Anlaufschräge
110: Rollenanordnung
112: Zwischenrolle
114: Führungsbahn

Claims

Werkzeugwechselsystem für eine Werkzeugmaschine (1), mit einem Werkzeugmagazin (18) und einem Werkzeuggreifer (26), über den ein zu wechselndes Werkzeug (14) aus einer spindelseitigen Werkzeugaufnahme (12) entnehmbar ist, gekennzeichnet durch eine von einem einzigen Antrieb (40) angetriebene Übergabeeinheit (22) zum Entnehmen und Übergeben des Werkzeugs (14) zwischen Werkzeugmagazin (18) und Werkzeuggreifer (26) mit einer Werkzeughalterung (24), wobei die Werkzeughalterung (24) zwischen Werkzeugmagazin (18) und Werkzeuggreifer (26) entlang einer Bewegungsbahn (36) bewegbar ist und zum Entnehmen oder Übergeben des Werkzeugs (14) von bzw. an das Werkzeugmagazin (18) entlang einer zur Bewegungsbahn (36) angestellten Übergabebahn (38) bewegbar ist.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsbahn (36) und die Übergabebahn (38) linear verlaufen und senkrecht zueinander angestellt sind.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Werkzeughalterung (24) auf einem Kreuzschlitten (42) geführt ist.
Werkzeugwechselsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Antrieb (40) über einen Koppelmechanismus (51) auf die Werkzeughalterung (24) wirkt, so dass diese entlang der Bewegungsbahn (36) und der Übergabebahn (38) verfahrbar ist.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 4, wobei der Koppelmechanismus (51) ein Kniegelenkgetriebe (52) mit einer von einem Antrieb (40) angetriebenen Schwenkkurbel (54) ist, die gelenkig mit zwei Kniegelenkhebeln (64, 66) verbunden ist, von denen einer drehbar an der Werkzeug halterung (24) und der andere drehbar am Kreuzschlitten (42) gelagert ist.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 5, wobei die Kniegelenkhebel (64, 66) zur Bewegung entlang der Bewegungsbahn (36) in eine Streckstellung und zur Bewegung entlang der Übergabebahn (38) in eine Knickposition bringbar sind.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Kulissenrolle (68) im Kniegelenkbereich (56) zwischen den Kniegelenkhebeln (64, 66) und der Schwenkkurbel (54) angeordnet und in einer Schiebekulisse (70) geführt ist.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 7, wobei die Schiebekulisse (70) eine Linearbahn (72) und einen sich daran anschließenden gekrümmten Abschnitt (74) aufweist, wobei die Linearbahn (72) der Bewegungsbahn (36) und der gekrümmte Abschnitt (74) der Übergabebahn (38) zugeordnet ist.
Werkzeugwechselsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der vom Kniegelenkbereich (56) entfernte Abschnitt (58) der Schwenkkurbel (54) auf einer Führung (78) verschiebbar gelagert ist, die parallel zur Bewegungsbahn (36) verläuft.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 5, wobei der Antrieb (40) am vom Kniegelenkbereich (56) entfernten Abschnitt (58) der Schwenkkurbel (54) angreift.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 10, wobei der Antrieb (40) ein Zylinder, insbesondere ein kolbenstangenloser Zylinder ist.
Werkzeugwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkzeugmagazin (18) ein von einem Kettenantrieb (30) angetriebenes Kettenmagazin (18) ist und eine Vielzahl von Magazintaschen (19) zur Aufnahme der Werkzeuge (14) aufweist.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 12, wobei die Magazintasche (19) eine das Werkzeug (14) abschnittsweise umgreifende Verriegelungsklammer (82) hat, die schwenkbar an einem Aufsatz (84) gelagert ist, der seinerseits an einem Kettenglied (80) befestigt ist.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 13, wobei die Verriegelungsklammer (82) zumindest eine Haltekralle (86, 88) aufweist, die kraft und/oder formschlüssig mit dem Werkzeug (14) in Eingriff bringbar ist und die Drehachse (94) der Verriegelungsklammer (82) in Verschwenkrichtung zum Eingriffsbereich der Haltekralle (86, 88) nach oben versetzt ist.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 14, wobei die Verriegelungsklammer (82) durch zumindest eine Feder (102, 104) in ihre Eingriffsposition vorgespannt ist.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 13 bis 15, wobei die Verriegelungsklammer (82) über eine Drehachse (94) hinaus zu mindestens einem Anschlagteil (106, 107) verlängert ist, auf den beim Bewegen des Werkzeughalters (24) ein Anschlag (75) aufläuft, so dass bei der weiteren Bewegung des Werkzeughalters (24) die Verriegelungsklammer (82) in eine Freigabestellung verschwenkt wird.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 16, wobei der Anschlag (75) eine Rolle (76) ist.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 13, wobei das Kettenglied (80) zwei zueinander beabstandete Rollenanordnungen (108, 110) hat, zwischen denen zumindest eine weitere Zwischenrolle (112) angeordnet ist.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 12, wobei der Kettenantrieb (30) im Bereich zwischen den Umlenkbereichen (32, 34) des Kettenmagazins (18) angeordnet ist.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 19, wobei der Kettenantrieb (30) auf einer Übergabeseite des Kettenmagazins (18) angeordnet ist.
Werkzeugwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Beladestation (20) auf der von der Übergabeseite des Kettenmagazins (18) entfernten Seite angeordnet ist.
Werkzeugwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Werkzeughalterung (24) eine Spannvorrichtung zur Fixierung des Werkzeugs (14) aufweist.
Werkzeugwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Reinigungsanordnung für Werkzeuge (14) entlang der Bewegungsbahn (36) angeordnet ist.
Werkzeugwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umlenkungsbereiche (32, 34) des Kettenmagazins (18) eine von der Kreisform abweichende Kurvenbahn zur Kompensation des Polygoneffekts aufweisen.
Werkzeugwechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest zwei Kettenmagazine (18), vorzugsweise ähnlicher Bauart, dem Werkzeugwechselsystem (16) zugeordnet sind.
Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 25, wobei die Werkzeuge (14) über einen Manipulator, insbesondere über einen 2-achsigen Manipulator, zwischen den Kettenmagazinen (18) wechselbar sind.