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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeugmagazin, das
auf einer Werkzeugmaschine, wie zum Beispiel einem Bearbeitungszentrum,
vorgesehen ist.
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Wie
in der offengelegten
japanischen
Patent-Veröffentlichung Nr. 06-218645 offenbart
ist, ist eine konventionelle Werkzeugmaschine, wie zum Beispiel
ein Bearbeitungszentrum, zum Bearbeiten eines Werkstücks
unter Verwendung eines Werkzeugs, das an einer Hauptspindel angebracht
ist, mit einem Werkzeugmagazin, in dem eine Mehrzahl von verschiedenen
Arten von Werkzeugen aufbewahrt werden kann, vorgesehen. Werkzeuge
können zwischen dem Werkzeugmagazin und der Hauptspindel ausgetauscht
werden.
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Hier
wird unter Bezugnahme auf 4A und 4B eine
allgemeine Konfiguration des Werkzeugmagazins erklärt.
Wie in 4A und 4B zu sehen
ist, weist ein Werkzeugmagazin 41 eine Mehrzahl von Armen 42a, 42b auf,
die radial um eine Drehwelle (nicht gezeigt) herum vorgesehen sind. Der
Arm 42a ist in der Lage, ein Werkzeug T1, das einen kleinen
Durchmesser hat, zu greifen, wohingegen der Arm 42b in
der Lage ist, ein Werkzeug T2, das einen großen Durchmesser
hat, zu greifen, während die Werkzeuge T1, T2 parallel
zu der Drehwelle (d. h. in Positionen rechtwinklig zu den Armen)
beibehalten werden. In diesem Werkzeugmagazin 41 sind all
die Arme 42a, 42b in der selben Ebene, die rechtwinklig
zu der Drehwelle ist, angeordnet. Daher sind, wie am besten in 4B zu
sehen ist, Werkzeuggreifpositionen, in denen die Arme 42a, 42b die Werkzeuge
T1, T2 greifen, aus einer radialen Richtung des Werkzeugmagazins 41 betrachtet,
auf einer Linie angeordnet.
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Jedoch
ist es, falls all die Arme 42a, 42b, wie in dem
Fall des konventionellen Werkzeugmagazins, in der selben Ebene angeordnet
sind, nötig, einen großen Raum zwischen angrenzenden
Armen 42a, 42b vorzusehen, um während
eines Verlagerns der Werkzeuge eine störende Einwirkung
der Hauptspindel auf das durch den angrenzenden Arm gegriffene Werkzeug
zu verhindern. Aus diesem Grund ist für das Werkzeugmagazin 41 ein
großer Radius R2 erforderlich, was es einschränkt,
die Größe des Werkzeugmagazins 41 zu
reduzieren.
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Hinsichtlich
des obigen Nachteils des konventionellen Werkzeugmagazins strebt
die vorliegende Erfindung danach, ein Werkzeugmagazin bereitzustellen,
das die gesamte Größe der Vorrichtung reduzieren
kann.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, wie hierin verkörpert
und beschrieben, ein Werkzeugmagazin vorgesehen, das aufweist: eine
Drehwelle; und eine Mehrzahl von Werkzeuggreifelementen, die sich
radial um die Drehwelle herum erstrecken, und das konfiguriert ist, um
Werkzeuge zwischen den Werkzeuggreifelementen und einem Werkzeuganbringabschnitt
einer Werkzeugmaschine zu verlagern, wobei die Mehrzahl der Werkzeuggreifelemente
so angeordnet ist, dass zwei Werkzeuggreifelemente zumindest teilweise
aneinander angrenzend sind, und in einer Richtung der Drehwelle
in verschiedenen Höhen angeordnet sind, so dass ein Werkzeug
zwischen einem der zwei Werkzeuggreifelemente und dem Werkzeuganbringabschnitt
ohne störende Einwirkung des Werkzeuganbringabschnitts
auf ein durch das andere der angrenzenden Werkzeuggreifelemente
gegriffenes Werkzeug verlagert wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform können sich die zwei
angrenzenden Werkzeuggreifelemente, aus der Richtung der Drehwelle
gesehen, zumindest teilweise miteinander überlappen.
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Mit
der vorgenannten Konfiguration des Werkzeugmagazins gemäß dem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung können, da zwei
Werkzeuggreifelemente zumindest teilweise aneinander angrenzend
und in einer Richtung der Drehwelle in verschiedenen Höhen
angeordnet sind, die zwei Werkzeuggreifelemente näher zueinander
angeordnet werden, während eine störende Einwirkung
des Werkzeuganbringabschnitts auf ein durch das angrenzende Werkzeuggreifelement
gegriffenes Werkzeug verhindert wird. Daher kann, verglichen mit
dem konventionellen Werkzeugmagazin, in dem alle Arme in derselben
Ebene, die rechtwinklig zu der Drehwelle ist, angeordnet werden,
der Radius des Werkzeugmagazins verringert werden, so dass die Größe
der Vorrichtung verkleinert werden kann, selbst wenn die Anzahl
der Arme nicht herabgesetzt wird. Weiterhin kann eine Verringerung
der Größe des Werkzeugmagazins zu einer Verringerung
der Produktionskosten sowie zu einer Verbesserung der Bearbeitbarkeit, zum
Beispiel einer Zusammenbauoperation, einer Wartungsoperation und
einer Förderoperation, beitragen.
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Weiterhin
kann mit der vorgenannten Konfiguration des Werkzeugmagazins gemäß der
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der
Abstand zwischen den zwei angrenzenden Armen weiter verkürzt
werden, da sich die zwei angrenzenden Werkzeuggreifelemente, aus
der Richtung der Drehwelle gesehen, zumindest teilweise überlappen.
Dies kann die Größe des Werkzeugmagazins weiter
verringern.
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Der
obige Aspekt, andere Vorteile und weitere Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden durch detailliertes Beschreiben von darstellenden, nicht
beschränkenden Ausführungsformen davon unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlicher, in denen:
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1 eine
perspektivische erklärende Ansicht einer Werkzeugmaschine
ist, die mit einem Werkzeugmagazin ausgestattet ist;
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2 eine
vergrößerte, perspektivische erklärende
Ansicht des Werkzeugmagazins ist;
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3A und 3B erklärende
Teilansichten des Werkzeugmagazins sind, von denen 3A eine
erklärende Ansicht, wie aus einer Drehwellenrichtung gesehen,
ist, und 3B eine erklärende Ansicht,
wie aus einer radialen Richtung gesehen, ist; und
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4A und 4B erklärende
Teilansichten eines konventionellen Werkzeugmagazins sind, wobei 4A eine
erklärende Ansicht, wie aus einer Drehwellenrichtung gesehen,
ist, und 4B eine erklärende
Ansicht, wie aus einer radialen Richtung gesehen, ist.
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Unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird ein Werkzeugmagazin
gemäß einer exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Bezugszeichen 1 bezeichnet
ein Bearbeitungszentrum, das mit einem Werkzeugmagazin ausgestattet
ist. Das Bearbeitungszentrum 1 hat ein Bett 2,
einen Tisch 3, der auf dem Bett 2 vorgesehen ist und
konfiguriert ist, um in einer Y-Achsenrichtung (d. h. Vor- und Zurück-Richtung)
verschiebbar zu sein, und einen Planvorschubschlitten 4,
der auf dem Bett 2 vorgesehen ist, und konfiguriert ist,
in einer X-Achsenrichtung (d. h. Rechts- und Links-Richtung), die rechtwinklig
zu der Y-Achsenrichtung ist, verschiebbar zu sein. Auf einer Vorderseite
des Planvorschubschlittens 4 ist über dem Tisch 3 ein
Spindelkasten 5, der in einer Z-Achsenrichtung (d. h. Auf-
und Ab-Richtung), die rechtwinklig zu der X-Achse und zu der Y-Achse
ist, verschiebbar ist, vorgesehen. Der Spindelkasten 5 enthält
eine Hauptspindel 6 an seiner unteren Fläche.
Weiterhin ist an der rechten Seite des Tischs 3 ein Werkzeugmagazin 10 zum
Aufbewahren verschiedener Werkzeuge T1, T2, die konfiguriert sind,
um an der Hauptspindel 6 anbringbar zu sein, vorgesehen.
Die Hauptspindel 6 ist um eine C-Achse, die parallel zu
der Z-Achse ist, drehbar. Verschiebebewegungen des Tischs 3,
des Planvorschubschlittens 4 und des Spindelkastens 5,
die Drehbewegung der Hauptspindel 6 und eine Drehbewegung
des Werkzeugmagazins 10, die später beschrieben
wird, werden sämtlich durch eine Steuerungsvorrichtung
(nicht gezeigt) gesteuert.
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Das
Werkzeugmagazin 10 weist eine Drehwelle (nicht gezeigt),
die um eine A-Achse, die parallel zu der Z-Achse ist, drehbar ist,
und eine Mehrzahl von Armen 11a, 11b, die radial
um die Drehwelle herum vorgesehen sind, auf. Der Arm 11a ist
in der Lage, ein Werkzeug T1, das einen kleinen Durchmesser hat,
zu greifen, wohingegen der Arm 11b in der Lage ist, ein
Werkzeug T2, das einen großen Durchmesser hat, zu greifen.
Der Arm 11b hat, verglichen mit der Breite des Arms 11a,
in einer Drehrichtung eine größere Breite. Ein
Greifer ist an einem entfernten Ende von jedem Arm 11a, 11b,
das konfiguriert ist, um sich zu öffnen und zu schließen,
vorgesehen, so dass wie bei dem konventionellen Werkzeugmagazin,
das Werkzeug T1 oder das Werkzeug T2 in einer Position parallel
zu der Drehwelle gegriffen wird. Die Arme 11a, 11b sind
so angeordnet, dass der Arm 11a in der Richtung der Drehwelle
auf einem oberen Niveau positioniert ist, und der Arm 11b in
der Richtung der Drehwelle auf einem tieferen Niveau positioniert
ist, während sich diese Arme 11a, 11b aus
der Richtung der Drehwelle gesehen zumindest teilweise miteinander überlappen,
so dass die Arme 11a, 11b bezüglich der
Drehrichtung in verschiedenen Höhen vorgesehen sind. Daher
ist, wie aus der radialen Richtung des Werkzeugmagazins 10 gesehen,
die Greifposition des Arms 11a in der Richtung der Drehwelle,
an der der Arm 11a das Werkzeug T1 greift, in der Richtung
der Drehwelle unterschiedlich von der Greifposition des Arms 11b,
an der der Arm 11b das Werkzeug T2 greift, und wie am besten
in 3B zu sehen ist, gibt es eine Höhendifferenz
H im Niveau zwischen diesen Greifpositionen. Der Abstand zwischen
dem Arm 11a und dem Arm 11b ist L1. Es ist zu
bemerken, das das Werkzeug T1 so an der Hauptspindel 6 angebracht
ist, dass eine obere Endfläche des Werkzeugs T1 in der
gleichen Ebene mit einer entfernten Endfläche der Hauptspindel 6 liegt,
wohingegen das Werkzeug T2 an der Hauptspindel 6 in einer
solchen Weise angebracht ist, dass eine obere Endfläche
des Werkzeugs T2 in die entfernte Endfläche der Hauptspindel 6 hineingeht.
Weiterhin ist zu bemerken, dass, wenn die Arme 11a, 11b die
Werkzeuge T1, T2 greifen, das Ausmaß eines aufwärtigen Überstands
von jedem der Arme 11a, 11b zwischen dem Werkzeug
Ti und dem Werkzeug T2 unterschiedlich ist.
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Dementsprechend
kann eine störende Einwirkung zwischen der Hauptspindel 6 und
dem Überstand des Werkzeugs T2 während eines Transfers des
Werkzeugs T1 verhindert werden, da der Arm 11a und der
Arm 11b wie oben beschrieben angeordnet sind, und der Überstand
des Werkzeugs T2, der aufwärts von dem Arm 11b übersteht,
niedriger angeordnet ist als der des Werkzeugs T1, selbst wenn ein Abstand
zwischen dem Arm 11a und dem Arm 11b als eine
Länge L1 eingestellt ist, die basierend auf dem Durchmesser
(d. h. Größe des Arms 11a) des Werkzeugs
T1 und der Größe der Hauptspindel 6 bestimmt
ist. Im Gegensatz dazu ist gemäß dem konventionellen
Werkzeugmagazin der Abstand L2 zwischen dem Arm 42a und
dem Arm 42b, deren Abstand basierend auf dem Durchmesser
(d. h. Größe des Arms 42b) des Werkzeugs
T2 und der Größe der Hauptspindel 6 bestimmt
wird, erforderlich, um ein störendes Eingreifen der Hauptspindel 6 auf
den Überstand des Werkzeugs T2 während eines Transfers
des Werkzeugs T1 zu verhindern. Gemäß dem Werkzeugmagazin 10 in
dieser exemplarischen Ausführungsform kann der Abstand
L1 zwischen den Armen 11a, 11b von dem Abstand
L2 zwischen dem Armen 42a, 42b gemäß dem
konventionellen Werkzeugmagazin 41 aus verkürzt
werden, und der Abstand von der Drehwelle zu den Greifern der Arme 11a, 11b,
nämlich der Radius R1 des Werkzeugmagazins 10,
kann kleiner als der Radius R2 des wie in 4A gezeigten
konventionellen Werkzeugmagazins 41 sein, bei dem all die
Arme in der gleichen Ebene, die rechtwinklig zu der Drehwelle ist,
angeordnet sind, ohne sich miteinander zu überlappen. Es ist
zu bemerken, dass aus der Richtung der Drehwelle gesehen, die Greifer
der Arme 11a, 11b auf demselben Umfang, dessen
Zentrum der Drehwelle entspricht, angeordnet sind. Weiterhin ist
der Höhenunterschied H so bestimmt, um ein störendes
Eingreifen der Hauptspindel 6 auf das durch den angrenzenden Arm 11b gegriffenen
Werkzeug während des Transfers des Werkzeugs T1 zwischen
der Hauptspindel 6 und dem Arm 11a zu verhindern.
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Entsprechend
der Werkzeugmaschine 1, die wie oben beschriebenen mit
dem Werkzeugmagazin 10 ausgestattet ist, wird, während
ein gewünschter Arm 11a (oder 11b) in
eine vorbestimmte Auswechselposition weitergeschaltet wird, die
Hauptspindel 6 von oberhalb der Auswechselposition abwärts
in einer Richtung parallel zu der Drehwelle zugestellt, so dass
das Werkzeug T1 (oder T2) zwischen dem Arm 11a (oder 11b)
und der Hauptspindel 6 verlagert werden kann. Da die Höhenpositionen
der Arme 11a, 11b in der Richtung der Drehwelle
unterschiedlich sind, variiert ein Zustellabstand der Hauptspindel 6 abhängig
davon, welcher Arm für die Verlagerung des Werkzeugs verwendet
wird. Daher werden Zustellabstände der Hauptspindel 6 im
voraus entsprechend der Art der Arme eingestellt, und sie werden
in der Steuerungsvorrichtung gespeichert.
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Entsprechend
dem oben beschriebenen Werkzeugmagazin 10, in dem eine
Mehrzahl von Armen 11a, 11b radial um die Drehwelle
herum angeordnet sind, kann der Abstand L1 der zwei angrenzenden
Arme 11a, 11b, verglichen mit dem Abstand L2 in
dem konventionellen Werkzeugmagazin, verkürzt werden, während
eine störende Einwirkung der Hauptspindel 6 auf
das durch den angrenzenden Arm gegriffene Werkzeug während
des Transfers des Werkzeugs verhindert wird, da die Arme 11a, 11b,
die in der Drehrichtung aneinander angrenzend sind, in der Richtung
der Drehwelle in verschiedenen Höhen angeordnet sind. Daher
kann, verglichen mit dem konventionellen Werkzeugmagazin, in dem
alle Arme in derselben Ebene, die rechtwinklig zu der Drehwelle
ist, angeordnet sind, der Radius R1 des Werkzeugmagazins 10 verringert
werden, so dass die Größe der Vorrichtung verkleinert
werden kann, selbst wenn die Anzahl der Arme nicht reduziert wird.
Weiterhin kann eine Verringerung der Größe des
Werkzeugmagazins 10 zu einer Verringerung der Produktionskosten
sowie zu einer Verbesserung der Bearbeitbarkeit, wie zum Beispiel
einer Zusammenbauoperation, einer Wartungsoperation und einer Förderoperation, beitragen.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Werkzeugmagazin 10 ein
Werkzeug T1, das einen kleinen Durchmesser und ein kleineres Ausmaß des Überstands
von dem Arm 11a hat, und ein Werkzeug T2, das einen großen
Durchmesser und ein großes Ausmaß des Überstands
von dem Arm 11b hat, aufbewahrt, und die Verkleinerung
des Werkzeugmagazins 10 kann in der effizientesten Weise
erreicht werden.
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Zusätzlich
kann der Abstand zwischen dem Arm 11a und dem Arm 11b weiter
verkürzt werden, da die angrenzenden Arme 11a, 11b in
der Richtung der Drehwelle in verschiedenen Höhenpositionen
angeordnet sind, und weiterhin die Arme 11a, 11b sich, wie
von der Richtung der Drehwelle aus gesehen, miteinander zumindest
teilweise überlappen. Dies kann die Größe
des Werkzeugmagazins 10 weiterhin verringern.
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Obwohl
das Werkzeugmagazin gemäß der vorliegenden Erfindung
im Detail unter Bezugnahme auf die obige exemplarische Ausführungsforme
beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige
spezifische Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Änderungen
und Modifikationen, wie zum Beispiel Formen oder eine geometrische
Anordnung der Arme, können, ohne sich aus dem Rahmen der
beigefügten Ansprüche zu entfernen, gemacht werden.
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Zum
Beispiel sind die Arme 11a, 11b in zwei verschiedenen
Höhenniveaus, die das obere Niveau und das untere Niveau
in der Richtung der Drehwelle enthalten, angeordnet. Jedoch können
die Arme natürlich in drei oder mehr verschiedenen Höhenniveaus
vorgesehen sein. Weiterhin können, obwohl zwei Arten von
Armen in der obigen exemplarischen Ausführungsform, die
den Arm 11a, der konfiguriert ist, das Werkzeug T1, das
einen kleinen Durchmesser hat, zu greifen, und den Arm 11b,
der konfiguriert ist, um das Werkzeug T2, das einen großen
Durchmesser hat, zu greifen, vorgesehen sind, mehr als drei Arten
von Armen vorgesehen sein. Eine Armart kann ebenso vorgesehen sein.
Um genauer zu sein, kann, wenn die selbe Art von Armen die Werkzeuge, die
im Durchmesser dieselben, aber unterschiedlich im Ausmaß des Überstands
von dem Arm sind, greifen, der Abstand zwischen den Armen, wie vorangehend
in der obigen exemplarischen Ausführungsform beschrieben,
durch Vorsehen der Arme an verschiedenen Höhenpositionen
in der Richtung der Drehwelle, verkürzt werden. Weiterhin
kann die Größe des Werkzeugmagazins 10 durch
die Anordnung, in der angrenzende Arme sich, wie aus der Richtung
der Drehwelle zu sehen, zumindest teilweise miteinander überlappen,
verkleinert werden, selbst wenn die selbe Art von Armen die Werkzeuge,
die dasselbe Ausmaß des Überstands von dem Arm
haben, greifen. Daher kann, unterschiedlich zu der Konfiguration
der obigen exemplarischen Ausführungsform, in der die Höhenpositionen
des Arms in der Richtung der Drehwelle entsprechend der Art der
Arme verändert wird, selbstverständlich dieselbe
Art von Armen in verschiedenen Höhenniveaus in der Richtung
der Drehwelle angeordnet werden.
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Das
Ausmaß des Überstands des Werkzeugs von dem Arm
und/oder die Art des Anbringens des Werkzeugs an der Hauptspindel
können, wo notwendig, modifiziert werden, und entsprechend
solchen Modifikationen kann die Höhendifferenz H so eingestellt
werden, dass der Abstand zwischen den Armen der kürzeste
sein kann, während in Betracht gezogen wird, dass die Hauptspindel
während des Transfers des Werkzeugs nicht störend
auf angrenzende Werkzeuge oder angrenzenden Armen einwirkt. Es ist
ebenfalls möglich, die Höhendifferenz H so einzustellen,
dass die Werkzeuge zwischen der Hauptspindel und den Armen in den
selben Höhenpositionen der entfernten Endflächen
der Hauptspindel verlagert werden können, ungeachtet welcher Arm
das Werkzeug greift.
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Weiterhin
ist es, wie der obigen exemplarischen Ausführungsform beschrieben,
nicht notwendig, dass die angrenzenden Arme 11a, 11b,
von der Richtung der Drehwelle aus gesehen, sich zumindest teilweise überlappen.
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Weiterhin
ist es nicht notwendig, dass all die Arme, wie in der obigen exemplarischen
Ausführungsform beschrieben, in einer solchen Art angeordnet
sind, dass angrenzende Arme in der Richtung der Drehwelle in verschiedenen
Höhen angeordnet sind, solange einige der angrenzenden
Arme, unter all den Armen die in dem Werkzeugmagazin vorgesehen sind,
zumindest teilweise aneinander angrenzend und in der Richtung der
Drehwelle in verschiedenen Höhen angeordnet sind. Weiterhin
sind in der obigen exemplarischen Ausführungsform die Arme
so vorgesehen, dass die Greifer auf dem selben Umfang positioniert
sind, dessen Zentrum der Drehwelle entspricht. Jedoch ist die vorliegende
Erfindung nicht auf diese spezifische Anordnung, in der entfernte
Abschnitte von all den Armen auf demselben Umfang positioniert sind,
beschränkt. Zum Beispiel kann eine Mehrzahl von Armen,
die verschiedene radiale Längen haben, verwendet werden.
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Darüberhinaus
wird in der obigen exemplarischen Ausführungsform jedes
Werkzeug durch den entsprechenden Arm in einer Position parallel
zu der Drehwelle gegriffen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung
nicht auf diese spezielle Konfiguration beschränkt, und
kann auf ein Werkzeugmagazin anwendbar sein, in dem Werkzeuge parallel
zu der radialen Richtung, die sich von dem Drehzentrum der Rotation
erstreckt, gelagert sein. Es ist bei diesem Typ von dem Werkzeugmagazin
auch möglich, dass die Größe der Vorrichtung
verringert werden kann.
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Zusätzlich
zu dem Obigen ist selbstverständlich das Werkzeugmagazin
gemäß der vorliegenden Erfindung auf andere Maschinen,
die anders ist als eine, die in der obigen exemplarischen Ausführungsform
beschrieben ist, anwendbar. Weiterhin kann das Werkzeugmagazin so
installiert sein, dass die Drehwelle davon rechtwinklig zu der Hauptspindel
positioniert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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