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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit wenigstens zwei Werkzeugwechseleinrichtungen, um insbesondere auf einfache Weise Werkzeuge mit unterschiedlichen Abmessungen handhaben zu können.
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Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise Fräsmaschinen, weisen häufig eine Werkzeugwechseleinrichtung auf, um eine Bearbeitung eines Werkstücks mit unterschiedlichen Werkzeugen zu ermöglichen, wobei ein Werkzeugwechsel eines Werkzeugs in die Hauptspindel automatisch ausgeführt wird. Ein Problemkreis bei derartigen Werkzeugwechseleinrichtungen besteht darin, dass ein Kompromiss zwischen einem notwendigen Platzbedarf, einer Anzahl von unterzubringenden Werkzeugen und den maximalen Abmessungen der Werkzeuge zu finden ist. Je größer die Abmessungen der Werkzeuge sind, insbesondere hinsichtlich ihres Durchmessers, desto weniger Werkzeuge passen in die Werkzeugwechseleinrichtung.
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In der Praxis hat es sich nun gezeigt, dass bei vielen Anwendungen nur sehr wenige Werkzeuge mit großen Abmessungen benötigt werden, während die meisten Werkzeuge deutlich kleiner sind. Wenn sämtliche Werkzeugplätze in der Werkzeugwechseleinrichtung dafür vorgesehen werden, dass dort auch die wenigen großen Werkzeuge hineinpassen, wird ein Platzbedarf für eine derartige Werkzeugwechseleinrichtung sehr groß.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugmaschine mit einem automatischen Werkzeugwechsel bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit neben einer Vielzahl von kleineren Werkzeugen auch eine gewisse Anzahl von großen Werkzeugen vorhalten kann, ohne dass dadurch die Abmessungen und der notwendige Bauraum zu groß werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass ein kompakterer Aufbau von Werkzeugwechseleinrichtungen möglich ist. Hierbei umfasst die Werkzeugmaschine eine Hauptspindel und ein Maschinengestell sowie wenigstens zwei Werkzeugwechseleinrichtungen. Eine erste Werkzeugwechseleinrichtung ist für Werkzeuge mit einem ersten Durchmesser vorgesehen und eine zweite Werkzeugwechseleinrichtung ist für Werkzeuge mit einem zweiten Durchmesser vorgesehen, wobei ein zweiter minimaler Durchmesser der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung größer ist als ein maximaler erster Durchmesser der Werkzeuge der ersten Werkzeugwechseleinrichtung. Dabei ist die zweite Werkzeugwechseleinrichtung in das Maschinengestell integriert. Dadurch ist ein Bauraum für die zweite Werkzeugwechseleinrichtung, welche die größeren Werkzeuge aufnimmt, in das Maschinengestell integriert, so dass die erste Werkzeugwechseleinrichtung, welche die kleineren Werkzeuge aufnimmt, einen deutlich reduzierten Bauraum einnimmt. Dadurch kann eine deutlich kompaktere Werkzeugmaschine als im Stand der Technik vorgesehen werden.
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Vorzugsweise ist die zweite Werkzeugwechseleinrichtung in einem Hohlraum oder einer Ausnehmung oder dgl. im Maschinengestell angeordnet. Dadurch ist kein zusätzlicher Platzbedarf für die zweite Werkzeugwechseleinrichtung in der Werkzeugmaschine vorzusehen, da ein im Maschinengestell vorgesehener Hohlraum zur Aufnahme der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung dient.
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Besonders bevorzugt weist jeder Magazinplatz der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung einen Zylinder, insbesondere einen Pneumatikzylinder, einen Haltearm und eine Zange auf. Dadurch kann ein besonders kostengünstiger und robuster Aufbau erreicht werden. Die Zange ist dabei eingerichtet, ein Werkzeug zu greifen. Die Zange ist vorzugsweise an einem Ende des Haltearms angeordnet. Der Zylinder betätigt dabei den Haltearm, vorzugsweise in einer linearen Richtung.
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Die Zange ist vorzugsweise in einem Winkel von 90° zum Haltearm angeordnet. Weiter bevorzugt ist der Pneumatikzylinder ohne Kolbenstange ausgeführt.
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Ein besonders einfacher und kompakter Aufbau der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung ist möglich, wenn die Hauptspindel der Werkzeugmaschine in eine vertikale Achse und eine horizontale Achse verfahrbar ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Hauptspindel innerhalb einer Bewegungsebene verfahren werden kann, so dass eine einfache und schnelle Übergabe eines auszuwechselnden Werkzeugs möglich ist. Die zweite Werkzeugwechseleinrichtung ist dann bevorzugt ausschließlich linear in einer horizontalen Richtung verfahrbar. Dadurch ergibt sich eine dreidimensionale Bewegbarkeit zwischen der Hauptspindel und der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung.
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Besonders bevorzugt ist die Werkzeugmaschine eine Werkzeugmaschine in Portalbauweise mit einer ersten und zweiten Säule sowie einem die Säulen verbindenden Querbereich. Vorzugsweise ist dabei die zweite Werkzeugwechseleinrichtung an einer Unterseite des Querbereichs angeordnet. Alternativ ist die zweite Werkzeugwechseleinrichtung in einer Ausnehmung im Querbereich und/oder in einer der Säulen, vorgesehen.
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Um eine möglichst effektive Anordnung der Werkzeuge der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung zu ermöglichen, sind die Magazinplätze in der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung horizontal nebeneinander angeordnet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Werkzeugwechseleinrichtung eingerichtet, den Werkzeugwechsel in einem Bearbeitungsraum auszuführen. Dadurch kann eine Bewegbarkeit der Hauptspindel auf den Bearbeitungsraum begrenzt werden und die Hauptspindel muss den Bearbeitungsraum nicht verlassen, um einen Werkzeugwechsel auszuführen.
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Besonders bevorzugt ist eine Einhausung, vorzugsweise mit einer verschließbaren Öffnung, z.B. mittels einer Klappe, vorgesehen, welche die zweite Werkzeugwechseleinrichtung schützt. Somit ist die zweite Werkzeugwechseleinrichtung in der Einhausung sicher bei einem Betrieb der Werkzeugmaschine angeordnet und wird nicht durch Späne oder Kühlmittel oder dgl. während eines Betriebs der Werkzeugmaschine verschmutzt.
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Weiter bevorzugt ist eine Anzahl von Magazinplätzen für die Werkzeuge in der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung kleiner als in der ersten Werkzeugwechseleinrichtung. Vorzugsweise sind zwei oder drei Magazinplätze für die zweite Werkzeugwechseleinrichtung vorgesehen.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine mit zwei Werkzeugwechseleinrichtungen, wobei die zweite Werkzeugwechseleinrichtung in der ausgefahrenen Position ist,
- 2 eine schematische, perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine von 1 mit einer eingezogenen Position der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung,
- 3 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Maschinengestells mit der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung in ausgefahrener Position,
- 4 eine schematische Schnittansicht des Maschinengestells mit der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung in der zurückgezogenen Position, und
- 5 eine schematische Schnittansicht des Maschinengestells mit der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung in der ausgefahrenen Position.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine Werkzeugmaschine 10 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Die Werkzeugmaschine 10 umfasst eine Hauptspindel 6, welche in einer horizontalen Achse 4 und einer vertikalen Achse 5 bewegbar ist.
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Die Werkzeugmaschine 10 umfasst ferner ein Maschinengestell 13, welches in diesem Ausführungsbeispiel in Portalbauweise vorgesehen ist. Das Maschinengestell 13 umfasst dabei eine erste Säule 31, eine zweite Säule 32 und einen Querbereich 33. Die Hauptspindel 6 ist dabei am Querbereich 33 in Horizontalrichtung verfahrbar.
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Das Maschinengestell 13 ist auf einer Grundplatte 20 angeordnet, auf welcher eine Drehschwenkeinheit 16 entlang einer weiteren horizontalen nicht dargestellten Achse verfahrbar ist. Auf der Drehschwenkeinheit 16 ist ein Nutentisch 15 zu erkennen, auf dem Werkstücke aufgespannt werden können.
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Ferner ist eine erste Werkzeugwechseleinrichtung 11 und eine zweite Werkzeugwechseleinrichtung 12 vorgesehen. Die erste Werkzeugwechseleinrichtung 11 ist für erste Werkzeuge mit einem ersten Durchmesser und die zweite Werkzeugwechseleinrichtung 12 ist für zweite Werkzeuge mit einem zweiten Durchmesser vorgesehen. Dabei ist ein maximaler erster Durchmesser der ersten Werkzeuge kleiner als ein minimaler zweiter Durchmesser der zweiten Werkzeuge. Somit ist die zweite Werkzeugwechseleinrichtung für größere Werkzeuge mit größerem Durchmesser vorgesehen, wohingegen die erste Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeuge mit kleinerem Durchmesser vorgesehen ist.
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Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, ist die erste Werkzeugwechseleinrichtung 11 seitlich am Maschinengestell 13 angeordnet. Die zweite Werkzeugwechseleinrichtung 12 ist in einem Hohlraum 14 des Maschinengestells 13 angeordnet. Der Hohlraum 14 ist dabei unterhalb des Querbereichs 33 des Maschinengestells 13 vorgesehen.
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Der Aufbau der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung 12 ist im Detail aus den 3 bis 5 ersichtlich. Die zweite Werkzeugwechseleinrichtung 12 weist drei Magazinplätze auf, welche nebeneinander angeordnet sind. Die zweiten Werkzeuge sind mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet und weisen einen relativ großen Durchmesser auf. Jeder Maschinenplatz umfasst ferner einen Pneumatikzylinder 3, einen Haltearm 2 und eine Zange 1. Der Pneumatikzylinder 3 ist kolbenstangenlos und bewegt den Haltearm 2 linear in horizontaler Richtung 9. Die horizontale Richtung 9 ist dabei senkrecht zur horizontalen Achse 4 und senkrecht zur vertikalen Achse 5.
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Die Zange 1 dient zur Aufnahme eines Werkzeughalters 7, welcher das Werkzeug 8 hält. Die Zange 1 kann dabei in eine nicht gezeigte Nut oder Abflachung im Werkzeughalter 7 eingreifen, so dass der Werkzeughalter mitsamt dem Werkzeug 8 seitlich in der ausgefahrenen Position entnehmbar ist, da die Zange 1 in einem Winkel von 90° zum Haltearm 2 angeordnet ist.
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1 zeigt schematisch die ausgefahrene Position aller drei Magazinplätze. Es sei angemerkt, dass im Praxisbetrieb selbstverständlich nur ein Magazinplatz ausgefahren ist und sich die beiden anderen Magazinplätze in der zurückgezogenen Position, die in den 2 und 4 gezeigt ist, befinden.
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Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, befindet sich eine Werkzeugwechselposition für ein Werkzeug im Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine 10. Wie weiter aus den 1 und 2 ersichtlich ist, befindet sich die Werkzeugwechselposition dabei vertikal über dem Nutentisch 15 bzw. der Drehschwenkeinheit 16.
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Da die Hauptspindel 6 in zwei lineare Richtungen (vertikale und horizontale Achse 4, 5) bewegbar ist und die zweite Werkzeugwechseleinrichtung 12 in einer horizontalen Richtung 9 bewegbar ist, ergibt sich ein aufgespannter dreidimensionaler Raum, in welchem die Werkzeuge gewechselt werden können. In der eingefahrenen Position der Werkzeuge 8 in der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung 12 befinden sich die Werkzeuge 8 somit außerhalb des Bearbeitungsraums unterhalb des Querbereichs 33 des portalartigen Maschinengestells 13.
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Zum Wechseln eines Werkzeugs 8 kann die Werkzeugmaschine dabei die Hauptspindel 6 durch Verfahren in den beiden Maschinenachsen (vertikale und horizontale Achse 4, 5) über dem ausgefahrenen zweiten Werkzeughalter 7 positionieren und anschließend von dort auf den Werkzeughalter 7 hinunterfahren und diesen durch die Hauptspindel 6 spannen.
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Nachdem der Werkzeughalter 7 in der Hauptspindel 6 gespannt wurde, kann der Werkzeughalter 7 aus der Zange 1 seitlich ausgefahren werden, indem die Hauptspindel 6 linear in der horizontalen Achse 4 verfahren wird. Sobald durch das seitliche Verfahren ein ausreichender Abstand zur Zange 1 erreicht wurde, kann die Zange 1 mit dem Haltearm 2 wieder in die Ruheposition unter dem Querbereich 33 zurückgefahren werden. Dadurch sind die Zange 1 und der Haltearm 2 aus dem Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine 10 herausgefahren und die Bearbeitung mit dem neu eingespannten Werkzeug 8 kann beginnen.
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Somit sind für die Unterbringung der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung 12 mit Werkzeugen mit großem Durchmesser nur sehr wenige Teile erforderlich. Ferner ist insbesondere eine Ansteuerung bei einem Werkzeugwechsel sehr einfach. Dadurch kann auch eine sehr kurze Werkzeugwechselzeit erreicht werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Magazinplätze der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung 12 dargestellt. Es sei jedoch angemerkt, dass es selbstverständlich auch möglich ist, noch weitere zusätzliche Magazinplätze oder auch nur zwei oder einen Magazinplatz vorzusehen. Dabei kann jeder einzelne Magazinplatz separat angesteuert werden, um von seiner Ruheposition in die Wechselposition im Bearbeitungsraum durch Verfahren des Pneumatikzylinders 3 zu gelangen.
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Ein Abstand zwischen separaten Magazinplätzen wird dabei durch einen maximalen Durchmesser der Werkzeuge 8 bestimmt.
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Es sei ferner angemerkt, dass selbstverständlich auch eine Werkzeugmaschine, wie beispielsweise eine Gantry-Maschine, vorgesehen werden kann, bei der eine Hauptspindel in mehr als zwei Achsen verfahrbar ist. Dann muss die Zange 1 der zweiten Werkzeugwechseleinrichtung 12 nicht zwingend in einem rechten Winkel am Haltearm 2 befestigt werden, sondern kann in einer beliebigen Richtung am Haltearm 2 angeordnet sein.
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Es sei ferner angemerkt, dass die zweite Werkzeugwechseleinrichtung 12 auch durch eine Einhausung vor Spänen aus dem Bearbeitungsprozess und Kühlmittel oder dgl. geschützt werden kann. Beispielsweise kann eine Klappe vor der Ausnehmung 14 angeordnet werden, um die zweite Werkzeugwechseleinrichtung 12 zu schützen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zange
- 2
- Haltearm
- 3
- kolbenstangenloser Pneumatikzylinder
- 4
- horizontale Achse / erste Horizontalrichtung
- 5
- vertikale Achse
- 6
- Hauptspindel
- 7
- Werkzeughalter
- 8
- Werkzeug
- 9
- horizontale Achse / zweite Horizontalrichtung
- 10
- Werkzeugmaschine
- 11
- erste Werkzeugwechseleinrichtung
- 12
- zweite Werkzeugwechseleinrichtung
- 13
- Maschinengestell / Portal
- 14
- Hohlraum
- 15
- Nutentisch
- 16
- Drehschwenkeinheit
- 20
- Grundplatte
- 31
- erste Säule
- 32
- zweite Säule
- 33
- Querbereich
