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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsbearbeitungszentren, mit einem aus mehreren Teilspeichern bestehenden Werkzeugspeicher, einer Zubringereinheit, die ein sich vertikal erstreckendes Gestell aufweist, an dem ein vertikal bewegbarer Schlitten angeordnet ist, sowie mit einem Greiferkopf zur Übernahme/Übergabe von Werkzeugen aus einem Werkzeugspeicher in eine Arbeitsspindel.
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Aus der Druckschrift
DE 195 10 498 C2 ist eine Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsbearbeitungszentren, mit einem aus mehreren Teilspeichern bestehenden Werkzeugspeicher, einem längs der Teilspeicher verfahrbaren Wechslerständer, einem am Wechslerständer vertikal verfahrbaren Greiferschlitten und einem am Greiferschlitten angeordneten Greiferkopf bekannt. An dem Greiferschlitten ist ein Knickarm angeordnet, der einen um eine arbeitsspindelparallele Achse drehbaren Doppelgreifer längs einer x-parallelen Geraden führt. Der Knickarm
15 besteht aus zwei aneinander gelenkten Schenkeln.
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Eine gattungsgemäße Werkzeugwechseleinrichtung wird in
DE 10 2004 030 936 B4 beschrieben. Diese weist einen aus mehreren Teilspeichen bestehenden Werkzeugspeicher, und eine längs der Teilspeicher verfahrbaren Zubringereinheit auf, die einen in horizontaler Richtung verfahrbaren Ständer und einen an dem Ständer in vertikaler Richtung bewegbaren Schlitten sowie einen von einem Geradführungsgetriebe geführten Greiferkopf aufweist, der zur Übernahme/Übergabe von Werkzeugen aus dem Werkzeugspeicher an eine Arbeitsspindel und umgekehrt längs einer Horizontalen, die eine zum Verfahrweg des Ständers parallele Ebene senkrecht schneidet, bewegbar ist, wobei das Geradführungsgetriebe durch wenigstens zwei miteinander durch ein Lenkergelenk gelenkig verbundene Lenker gebildet wird. Der erste Lenker ist mit seinem Lenkerfuß an dem Schlitten und der zweite Lenker mit seinem Lenkerfuß an dem Ständer der Zubringereinheit angelenkt, und das freie, den Lenkerkopf bildende Ende des ersten Lenkers trägt den Greiferkopf, wobei mittels an dem Lenkerkopf des ersten Lenkers sowie an dem Schlitten angreifender, in Reihe geschalteter, Arbeitszylinder ein Drehmoment in den Lenkerfuß des ersten Lenkers einleitbar ist, wodurch der Greiferkopf längs der Horizontalen geradlinig in eine Werkzeugwechselposition bewegbar ist.
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Dabei erfolgt in Abhängigkeit von der anzufahrenden Werkzeugwechselposition eine Beaufschlagung des ersten Arbeitszylinders und/oder des zweiten Arbeitszylinders. Der auf dem Lenkerfuß gelenkig gelagerte erste Lenker stützt sich an dem Schlitten und der auf einem Lenkerfuß gelenkig gelagerte zweite Lenker an dem Ständer ab, wobei die beiden Lenkerfüße sich auf einer gemeinsamen, zum Verfahrweg des Ständers parallelen Ebene befinden. Diese Lösung ist konstruktiv aufwendig und erfordert einen relativ großen Bauraumbedarf.
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Weiterhin ist der konstruktive Aufbau der beiden vorgenannten Lösungen für einen Werkzeugwechsel mit hohen Geschwindigkeiten nicht steif genug ausgeführt.
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Aus der Druckschrift
DE 100 09 574 A1 ist eine flexible Transporteinrichtung für Pressen bekannt, wobei über einen Schwenkantrieb und eine Bewegungsüberlagerung eine Umsetzung eines Werkstücks von einer Umformstufe zu einer anderen Umformstufe dient. Die Auslenkung eines Schwenkarms erfolgt dabei lediglich in eine Richtung. Daher ist die Quertraverse insgesamt um eine Schwenkachse gelagert. Dieser konstruktive Aufbau ist relativ aufwendig. Eine Höherverstellung ist nicht vorgesehen und hier auch nicht erforderlich,
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv einfache und zuverlässige Werkzeugwechseleinrichtung mit einer hohen Steifigkeit zu entwickeln, die eine hohe Geschwindigkeit des Werkzeugwechsels ermöglicht und dadurch die Werkzeugwechselzeit reduziert.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Werkzeugwechseleinrichtung für eine Werkzeugmaschine, insbesondere ein Fräsbearbeitungszentrum, weist einen Werkzeugspeicher, eine Zubringereinheit, die ein sich vertikal erstreckendes Gestell aufweist, an dem ein vertikal bewegbarer erster Schlitten an einer sich vertikal erstreckenden Linearführung angeordnet ist, sowie einen Greiferkopf zur Übernahme/Übergabe von Werkzeugen aus einem Werkzeugspeicher zu einer Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine auf, wobei erfindungsgemäß parallel zum ersten Schlitten ein zweiter Schlitten angeordnet ist und der erste Schlitten und der zweite Schlitten entlang einer vertikalen Achse verfahrbar und über ein Koppelgetriebe miteinander verbunden sind und wobei an dem Koppelgetriebe der Greiferkopf befestigt ist derart, dass dieser bei einer aufeinander zu gerichteten Relativbewegung des ersten Schlittens und des zweiten Schlittens eine in Bezug auf die vertikale Achse auslenkende Bewegung vollführt. Diese Gestaltung gewährleistet einen schlanken und platzsparenden sowie einfachen konstruktiven Aufbau der Werkzeugwechseleinrichtung.
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Vorteilhafter Weise sind der erste Schlitten und der zweite Schlitten an einer gemeinsamen Führung oder an separaten zueinander fluchtenden Führungen entlang der vertikalen Achse verfahrbar. In einer bevorzugten Variante ist der zweite Schlitten oberhalb des ersten Schlittens angeordnet.
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Zur Realisierung der Auslenkbewegung des Greiferkopfes mittels des Koppelgetriebes ist an dem zweiten Schlitten in einem ersten Drehgelenk eine erste Koppel des Koppelgetriebes schwenkbar gelagert, die an ihrem vom ersten Drehgelenk wegweisenden Ende den Greiferkopf aufweist und über ein zwischen ersten Drehgelenk und Greiferkopf angeordnetes zweites Drehgelenk mit einer zweiten Koppel schwenkbar verbunden ist. Dass vom zweiten Drehgelenk wegweisende Ende der zweiten Koppel ist mittels eines dritten Drehgelenks mit dem ersten Schlitten drehgelenkig verbunden derart, dass sich zwischen dem ersten Drehgelenk und dem dritten Drehgelenk die vertikale Achse und zwischen dem Greiferkopf und dem dritten Drehgelenk eine horizontale Achse erstreckt und dass das Verfahren des Greiferkopfes innerhalb einer sich vertikal erstreckenden Ebene erfolgt, in der die erste und die zweite Achse senkrecht zueinander liegen.
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Das zweite Drehgelenk ist dabei bevorzugt im Wesentlichen mittig zwischen dem ersten Drehgelenk und dem Greiferkopf angeordnet.
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Der erste Schlitten und der zweite Schlitten sind über einen ersten Antrieb vertikal verfahrbar und der zweite Schlitten kann mittels wenigstens eines weiteren zweiten Antriebes relativ zum ersten Schlitten vertikal durch Einleitung einer Drehbewegung in die Drehgelenke bzw. Koppelgelenke der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Koppel verfahren werden, wobei mittels des zweiten Antriebes bevorzugt in einem Drehpunkt der entsprechenden Koppel die Drehbewegung einleitbar ist. Bevorzugt erfolgt die Einleitung der Drehbewegung in die zweite Koppel.
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Dabei ist der zweite Schlitten in der Art eines Schubgelenkes ausgeführt, dessen vertikale Stellbewegung durch den zweiten Antrieb in Form eines Drehantriebes des Koppelgetriebes einleitbar ist.
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Der Greiferkopf ist entlang der vertikalen Achse bewegbar, wenn sich der erste Schlitten und der zweite Schlitten im Gleichlauf entlang der vertikalen Achse bewegen, und während dieser Bewegung das Koppelgetriebe in sich starr ist.
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Der Greiferkopf wird entlang der horizontalen Achse bewegt, wenn der erste Schlitten entlang der vertikalen Achse unbewegt ist und das Koppelgetriebe in sich so bewegt wird, dass sich der zweite Schlitten entlang der vertikalen Achse relativ zum ersten Schlitten bewegt. Vorteilhafter Weise sind das erste Drehgelenk, das dritte Drehgelenk und der Greiferkopf in einem gleichen Abstand vom zweiten Drehgelenk beabstandet.
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Es ergibt sich durch den neuartigen Aufbau der Werkzeugwechseleinrichtung ein sich in einer vertikalen Ebene erstreckendes Bewegungsfenster des Greiferkopfes zwischen einer unteren Höhe und einer oberen Höhe und einer ersten seitlichen Auslenkung sowie einer zweiten seitlichen Auslenkung in Bezug auf die vertikale Achse der Schlitten.
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Dadurch ist der Greiferkopf zwischen einem auf einer Seite des Gestells angeordneten Werkzeugspeicher und einer auf einer gegenüberliegenden Seite des Werkzeugspeichers angeordneten Spindel oder einem Handhabungsmodul, mit dem das Werkzeug vom Greiferkopf in die Arbeitsspindel ein- oder auswechselbar ist, bewegbar.
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Es ist auch möglich, dass in Richtung zur Werkzeugmaschine zwei oder mehr vertikal unterschiedliche Positionen für beispielsweise zwei oder mehr als zwei Hauptspindeln durch den Greiferkopf zum Wechseln der Werkzeuge angefahren werden.
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Weiterhin kann entweder auf der Seite der Werkzeugmaschine und/oder auf der Seite des Werkzeugmagazins eine vertikale Position vorgesehen werden, in welcher verschlissene oder defekte Werkzeuge durch den Greiferkopf ausgegeben werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 die Prinzipdarstellung der Werkzeugwechseleinrichtung in der Vorderansicht in einer ersten ausgelenkten Position des Greiferkopfes mit darüber dargestelltem Prinzipschaubild des Koppelgetriebes,
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2 die dreidimensionale Darstellung gemäß 1,
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3 die Vorderansicht der Werkzeugwechseleinrichtung in einer nicht ausgelenkten Position des Koppelgetriebes,
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4 die dreidimensionale Ansicht gemäß 3.
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Die 1 bis 4 zeigen eine Werkzeugwechseleinrichtung die ein sich vertikal erstreckendes Gestell 1 (in Form eines Ständers) aufweist, an dem ein vertikal bewegbarer erster Schlitten 2.1 an einer sich vertikal erstreckenden Linearführung 1.1 angeordnet ist. Über dem ersten Schlitten 2.1 ist zu diesem beabstandet ein zweiter Schlitten 3.1 angeordnet, der ebenfalls an der sich vertikal erstreckenden Linearführung 1.1 vertikal verschiebbar aufgenommen ist. Weiterhin sind der erste Schlitten 2.1 und der zweite Schlitten 3.1 über ein Koppelgetriebe K miteinander wirkverbunden. Dazu ist an dem zweiten Schlitten 3.1 in einem ersten Drehgelenk 3.2 eine erste Koppel 4 des Koppelgetriebes K um eine sich horizontal erstreckende erste Schwenkachse A3.2 schwenkbar gelagert. Die erste Koppel 4 weist an ihrem vom ersten Drehgelenk 3.2 wegweisenden Ende einen Greiferkopf 7 auf und ist über ein zwischen ersten Drehgelenk 3.2 und Greiferkopf 7 im Wesentlichen mittig angeordnetes zweites Drehgelenk 5, welches eine sich horizontal erstreckende zweite Schwenkachse A5 aufweist, mit einer zweiten Koppel 6 schwenkbar verbunden. Das vom zweiten Drehgelenk 5 wegweisende Ende der zweiten Koppel 6 ist mittels eines dritten Drehgelenks 2.2 mit dem ersten Schlitten 2.1 drehgelenkig um eine vertikale dritte Schwenkachse A2.2 verbunden.
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Aus dem Prinzipschaubild des Koppelgetriebes in 1 ist ersichtlich, dass sich zwischen dem ersten Drehgelenk 3.2 am zweiten Schlitten 3.1 und dem dritten Drehgelenk 2.2 am ersten Schlitten 2.1 eine vertikale Achse A1 und zwischen dem Greiferkopf 7 und dem dritten Drehgelenk 2.2 eine horizontale Achse A2 erstreckt. Das Verfahren des Greiferkopfes 7 mittels des Koppelgetriebes K erfolgt innerhalb einer sich vertikal erstreckenden Ebene, in der die vertikale Achse A1 und die horizontale Achse A2 senkrecht zueinander liegen. Dabei sind das erste Drehgelenk 3.2, das dritte Drehgelenk 2.2 und der Greiferkopf 7 in einem gleichen Abstand a vom zweiten Drehgelenk 5 beabstandet.
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Zur Realisierung der in den 1 und 2 dargestellten Auslenkbewegung wurde der zweite Schlitten 3.1 in Richtung zum ersten Schlitten 2.1 entlang der Linearführung 1.1 bewegt. Dazu ist im Drehpunktbereich des dritten Drehgelenkes 2.2 ein zweiter nicht dargestellter Antrieb in Form eines Drehantriebes angeordnet, durch welchen eine Drehbewegung bzw. Schwenkbewegung um die dritte Schwenkachse A2.2 in die zweite Koppel 6 einleitbar ist. Die zweite Koppel 6 schwenkt dadurch aus und der zweite Schlitten 3.2, welcher in der Art eines Schubgelenkes ausgeführt ist, wird vertikal in Richtung zum ersten Schlitten 2.1 auf der Linearführung 1.1 verfahren. Gleichzeitig schwenkt die erste Koppel 4 und mit dieser der Greiferkopf 7 seitlich aus. Bei einer Drehbewegung des Drehantriebes in die andere Richtung schwenken die erste Koppel 4 mit dem Greiferkopf 7 und die zweite Koppel 6 zurück bis in die in den 3 und 4 dargestellte Mittelstellung des Koppelgetriebes K, in welcher sich der zweite Schlitten 3.2 in einer am weitesten vom ersten Schlitten 2.1 beabstandeten Position befindet und die Achsen A3.2, A5, A2.2 der Drehgelenke 3.2, 5, 2.2 im Wesentlichen übereinander liegen. (Siehe 3 und 4).
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Bei einer weiteren Drehbewegung des Drehantriebes schwenken die erste Koppel 4 mit dem Greiferkopf 7 und die zweite Koppel 6 in die andere Richtung bis zu einer Position aus, die in 1 gestrichelt dargestellt ist, wobei sich der zweite Schlitten 3.2 wiederum in Richtung zum ersten Schlitten 2.1 bewegt.
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Der Greiferkopf 7 ist somit entlang der horizontalen Achse A2 bewegbar, wenn der Schlitten 2.1 entlang der Achse A1 unbewegt ist und das Koppelgetriebe K in sich so bewegt wird, dass sich der zweite Schlitten 3.1 entlang der vertikalen Achse A1 relativ zum ersten Schlitten 2.1 bewegt. Bewegt sich das Koppelgetriebe K nicht, so bewegt sich der Greiferkopf 7 parallel der vertikalen Achse A1, wenn sich der erste Schlitten 2.1 und der zweite Schlitten 3.1 im Gleichlauf entlang der vertikalen Achse A1 bewegen. Der Antrieb des ersten Schlittens 2.1 wird bevorzugt mittels eines Spindeltriebes 8 realisiert.
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Bei Betätigung des ersten Schlittens 2.1 in vertikaler Richtung und bei Betätigung des Koppelgetriebes K vollführt der Greiferkopf 7 eine überlagerte Bewegung.
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Der Greiferkopf 7 ist zwischen vier Endpositionen verfahrbar, die in 1 angedeutet sind. Der Greiferkopf 7 ist zwischen einer in 1 linken unteren Endposition P1 und einer linken oberen Endposition P2 zur Übernahme/Übergabe von Werkstücken in ein als Prinzipdarstellung angedeutetes Magazin bzw. ein Werkzeugspeicher 10 und zwischen einer rechten unteren Endposition P3 und einer rechten oberen Endposition P4 zur Übernahme/Übergabe an einen Zubringer bzw. einen Handhabungsmodul 9, der das Werkzeug in die Spindel der Werkzeugmaschine ein- bzw. auswechselt oder zur Übernahme/Übergabe des Werkzeuges direkt an eine Arbeitsspindel bewegbar. Die durch den Greiferkopf 7 zu erreichende Fläche zwischen den Endpositionen P1 bis P4 beschreibt ein Rechteck mit einer Höhe L1 mal einer Breite L2.
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Die Werkzeugwechseleinrichtung ermöglicht mit einem einfachen konstruktiven Aufbau das Verfahren innerhalb einer Ebene, in dem die zwei beteiligten Achsen A1 und A2 senkrecht zueinander liegen, wobei in vorteilhafter Weise eine auf dem Gestell 1 (Ständer) montierte Linearführung 1.1 den ersten Schlitten 2.1 und den zweiten Schlitten 3.1 führt und der erste Schlitten 2.1. mit dem zweiten Schlitten 3.1. über das Koppelgetriebe flexibel verbunden ist. Das Koppelgetriebe besteht aus einer ersten und zweiten Koppel 4 und 6, wobei die erste Koppel 4 in einem Drehgelenk 3.2 mit dem zweiten Schlitten 3.1 und die zweite Koppel 6 über ein Drehgelenk 2.2 mit dem ersten Schlitten 2.1 schwenkbar verbunden sind und die zweite Koppel 6 drehgelenkig mit der ersten Koppel 4 verbunden ist, wobei sich der Aktor 7 entlang der vertikalen Achse A1 bewegt, wenn sich die beiden Schlitten 2.1 und 3.1 im Gleichlauf entlang der Achse A1 bewegen, indem während dieser Bewegung das Koppelgetriebe K in sich nicht bewegt wird und wobei sich der Greiferkopf 7 entlang der horizontalen Achse A2 bewegt, wenn der Schlitten 2.1 entlang der Achse A1 unbewegt bleibt und das Koppelgetriebe in sich so bewegt wird, dass sich der Schlitten 3.1 entlang der Achse A1 relativ zum Schlitten 2.1 bewegt, so dass die führende Bewegung beider Achsen A1 und A2 durch die gemeinsame Nutzung ein und derselben Linearführung realisiert wird.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der steifen Ausführung der Werkzeugwechseleinrichtung, wodurch hohe Geschwindigkeiten realisierbar und dadurch die Werkzeugwechselzeiten reduzierbar sind. Die Span-zu-Span-Zeit kann dadurch reduziert werden, was geringere Stückkosten ermöglicht.
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Gemäß 5 ist in einer Werkzeugwechseleinrichtung das Gestell 1 (Ständer) auf einem Grundgestell 11 längs einer horizontalen Führung 12 (x-Achse) verfahrbar. Seitlich des Gestells 1 sind mehrere (hier z. B. drei) Werkzeugspeicher 13 angeordnet, wobei jeder Werkzeugspeicher 13 um eine nicht bezeichnete vertikale Achsen drehbar ist. Die Werkzeugspeicherplätze 14 eines jeden Werkzeugspeichers 13 sind in mehreren Reihen (hier jeweils in sechs Reihen je Werkzeugspeicher 13) übereinander angeordnet. Sie nehmen Werkzeuge 15 auf und verriegeln diese unter dem nicht dargestellten Einfluss einer Feder. In 5 wurde mittels des Greiferkopfes 7 der Werkzeugwechseleinrichtung ein Werkzeug 15 aus einem Werkzeugspeicherplatz 14 zum Einwechseln in eine nicht dargestellte Hauptspindel eines Bearbeitungszentrums entnommen. Die in 5 dargestellte Anordnung aus Gestell 1, horizontaler Führung 12 und Werkzeugspeichern 13 ist neben einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine bzw. einem Bearbeitungszentrum angeordnet und dient zum Ein- und Auswechseln von Werkzeugen 15 an einen Zubringer bzw. einen Handhabungsmodul (hier nicht dargestellt), der das Werkzeug 15 in die Spindel der Werkzeugmaschine ein- bzw. auswechselt oder zur Übernahme/Übergabe des Werkzeuges 15 direkt an eine nicht dargestellte Arbeitsspindel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gestell
- 1.1
- Linearführung
- 2
- Linearführung 1.1
- 2.1
- erster Schlitten
- 2.2
- drittes Drehgelenk
- 3.1
- zweiter Schlitten
- 3.2
- erstes Drehgelenk
- 4
- erste Koppel
- 5
- zweites Drehgelenk
- 6
- zweite Koppel
- 7
- Greiferkopf
- 8
- Spindeltrieb
- 9
- Handhabungseinrichtung
- 10
- Magazin/Werkzeugspeicher
- 11
- Grundgestell
- 12
- horizontale Führung
- 13
- Werkzeugspeicher
- 14
- Werkzeugspeicherplätze
- 15
- Werkzeug
- A1
- vertikale Achse
- A2
- horizontale Achse
- A2.2
- dritte Schwenkachse
- A3.2
- erste Schwenkachse
- A5
- zweite Schwenkachse
- a
- Abstand
- K
- Koppelgetriebe
- L1
- Breite
- L2
- Höhe
- P1
- erste Endposition
- P2
- zweite Endposition
- P3
- dritte Endposition
- P4
- vierte Endposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19510498 C2 [0002]
- DE 102004030936 B4 [0003]
- DE 10009574 A1 [0006]