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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine. Die Werkzeugwechselvorrichtung weist ein Magazin und eine Transfereinrichtung auf, um ein Werkzeug zwischen dem Magazin und einer Spanneinrichtung der Werkzeugmaschine zu wechseln.
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Solche Werkzeugwechselvorrichtungen sind bekannt. Beispielsweise beschreibt
DE 102 36 342 B4 eine Werkzeugwechselvorrichtung mit einem Magazin und einer zwischen dem Magazin und einer Spindel angeordneten Transfereinrichtung. Über eine Bestückungseinrichtung kann das Magazin bestückt werden. Die Bestückungseinrichtung kann beispielsweise auf der dem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine abgewandten Seite angeordnet sein.
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EP 1 755 823 B1 offenbart eine Werkzeugwechselvorrichtung mit mehreren Speichermagazinen und einem Übergabemagazin. Eine Transfereinrichtung ist zwischen dem Übergabemagazin und einer Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine angeordnet. Eine Manipulatoreinrichtung zwischen den Speichermagazinen und dem Übergabemagazin dient als Zubringer, um Werkzeuge zwischen einem der Speichermagazine und dem Übergabemagazin auszutauschen.
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Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugwechselvorrichtung zu schaffen, die eine hohe Speicherkapazität bei gleichzeitig großer Flexibilität ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Werkzeugwechselvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Werkzeugwechselvorrichtung ist dazu eingerichtet, Werkzeuge in wenigstens einem Magazin zu bevorraten und abhängig von der Bearbeitungsaufgabe ein Werkzeug in eine Spanneinrichtung der Werkzeugmaschine einzusetzen und ein Werkzeug aus der Spanneinrichtung einer Werkzeugmaschine zu entnehmen und wieder im Magazin zu lagern. Die Spanneinrichtung kann beispielsweise eine Werkzeugspindel sein, wenn es sich bei dem Werkzeug um ein drehend angetriebenes Werkzeug handelt. Die Spanneinrichtung der Werkzeugmaschine kann während der Bearbeitung eines Werkstücks auch stillstehen, wie es beispielsweise von Drehmaschinen bekannt ist.
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Die Werkzeugwechselvorrichtung hat eine Manipulatoreinrichtung mit einem Greifer. Die Manipulatoreinrichtung ist dazu eingerichtet, den Greifer in einer Manipulatorebene zwischen mehreren Übergabestellen zu bewegen, insbesondere zumindest zwischen einer ersten Übergabestelle und einer zweiten Übergabestelle. Die Manipulatoreinrichtung kann hierzu eine Maschinenachse oder zwei Maschinenachsen aufweisen, um den Greifer zwischen den Übergabestellen zu bewegen. Im einfachsten Fall kann mittels einer einzigen Maschinenachse eine lineare Bewegung zwischen den Übergabestellen ausgeführt werden. Vorzugsweise weist die Manipulatoreinrichtung zwei Maschinenachsen auf, insbesondere zwei lineare Maschinenachsen, um den Greifer in einer Längsrichtung und einer rechtwinklig zur Längsrichtung ausgerichteten Hochrichtung innerhalb der Manipulatorebene zu bewegen.
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Die Werkzeugwechselvorrichtung weist außerdem wenigstens ein erstes Magazin und ein zweites Magazin auf. Zusätzliche weitere Magazine können vorhanden sein. Jedes der Magazine ist zur Aufnahme und Lagerung bzw. Bevorratung mehrerer Werkzeuge eingerichtet. Das erste Magazin hat eine erste Übergabeeinrichtung und das zweite Magazin hat eine zweite Übergabeeinrichtung. Mittels der Übergabeeinrichtungen kann ein Werkzeug aus dem zugeordneten Magazin entnommen oder wieder zugeführt werden. Die erste Übergabeeinrichtung kann ein Werkzeug zwischen einem Magazinplatz im ersten Werkzeugmagazin und der ersten Übergabestelle bewegen und die zweite Übergabeeinrichtung kann ein Werkzeug zwischen einem Magazinplatz im zweiten Magazin und der zweiten Übergabestelle bewegen.
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Die Magazine sind dazu eingerichtet, die Magazinplätze relativ zu ihrer Übergabeeinrichtung zu bewegen und einen ausgewählten Magazinplatz für den Zugriff durch die Übergabeeinrichtung zu positionieren. Die Magazine können beispielsweise durch Kettenmagazine gebildet sein.
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Eine Transfereinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Werkzeug an der ersten Übergabestelle aufzunehmen und in einen Arbeitsraum der Werkzeugmaschine zu bewegen und dort zum Einsetzen in die Spanneinrichtung bereitzustellen. Die Transfereinrichtung ist auch dazu eingerichtet, ein Werkzeug im Arbeitsraum bzw. in der Spanneinrichtung der Werkzeugmaschine aufzunehmen und aus dem Arbeitsraum an der ersten Übergabestelle bereitzustellen oder abzugeben. Vorzugsweise kann die Transfereinrichtung die zweite Übergabestelle nicht erreichen.
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Durch die Ausgestaltung ist eine Interaktion zwischen der Transfereinrichtung und der ersten Übergabeeinrichtung oder zwischen der Transfereinrichtung und der Manipulatoreinrichtung ermöglicht. Insbesondere kann die erste Übergabeeinrichtung ein Werkzeug aus dem ersten Magazin an der ersten Übergabestelle für die Transfereinrichtung bereitstellen oder ein Werkzeug von der Transfereinrichtung dort aufnehmen. Zusätzlich ist es auch möglich, dass die Manipulatoreinrichtung ein Werkzeug aus dem zweiten Magazin, das von der zweiten Übergabeeinrichtung an der zweiten Übergabestelle bereitgestellt wird, aufnimmt und an der ersten Übergabestelle für die Transfereinrichtung bereitstellt bzw. dort ein Werkzeug von der Transfereinrichtung aufnimmt und dieses an der zweiten Übergabestelle der zweiten Übergabeeinrichtung zur Aufnahme im zweiten Magazin übergibt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Werkzeuge mittels der Manipulatoreinrichtung und den Übergabeeinrichtungen zwischen den Magazinen auszutauschen.
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Abhängig von der aktuellen und den zukünftigen Werkstückbearbeitungen können die erforderlichen Werkzeuge in sehr kurzer Zeit zum Transfer an der ersten Übergabestelle bereitgestellt bzw. nicht mehr benötigte Werkzeuge dort aufgenommen werden. Seltener benötigte Werkzeuge können beispielsweise mittels der Manipulatoreinrichtung aus dem zweiten Magazin zum Einwechseln an der ersten Übergabestelle bereitgestellt werden. Häufiger benötigte Werkzeuge können im ersten Magazin angeordnet werden, so dass sie ohne den Einsatz der Manipulatoreinrichtung über die erste Übergabeeinrichtung des ersten Magazins direkt an die Transfereinrichtung übergeben werden können. Abhängig von zukünftigen Aufgaben kann ein Austausch von Werkzeugen zwischen den Magazinen stattfinden, um die Werkzeugaustauschzeiten zu optimieren und möglichst kurz zu halten. Auf diese Weise kann eine sehr kurze Span-zu-Span-Zeit (entsprechend der VDI-Richtlinie 2852 Blatt 1) erreicht werden.
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Es ist bevorzugt, wenn das erste Magazin und das zweite Magazin in Längsrichtung nebeneinander angeordnet sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Transfereinrichtung in Längsrichtung bewegbar, beispielsweise linear bewegbar. Beispielsweise kann die Transfereinrichtung auf einem in Längsrichtung bewegbaren Schlitten angeordnet sein. Bevorzugt ist die Transfereinrichtung in einer Querrichtung relativ zur Manipulatorebene unbeweglich. Die Querrichtung ist rechtwinklig zur Manipulatorebene, also rechtwinklig zur Längsrichtung und zur Hochrichtung ausgerichtet.
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Die Transfereinrichtung weist wenigstens einen um eine Schwenkachse schwenkbaren Schwenkarm auf. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Transfereinrichtung zwei sich ausgehend von der Schwenkachse in entgegengesetzte Richtungen erstreckende Schwenkarme. An jedem Schwenkarm ist ein Greifelement vorhanden, um ein Werkzeug greifen bzw. halten zu können. Durch eine Schwenkbewegung des Schwenkarms, insbesondere um etwa 180°, kann ein Werkzeug zwischen der ersten Übergabestelle und dem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine bewegt werden. Sind zwei Schwenkarme vorhanden, kann gleichzeitig ein Werkzeug aus dem Arbeitsraum zur ersten Übergabestelle und ein Werkzeug von der ersten Übergabestelle in den Arbeitsraum bewegt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Schwenkachse in Längsrichtung.
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Bevorzugt sind die Werkzeuge in den Magazinen derart in einem jeweiligen Magazinplatz angeordnet, dass sich die Werkzeuglängsachse parallel zur Greiferebene und vorzugsweise in Längsrichtung erstreckt.
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Die Einsetzbewegung eines Werkzeugs in eine Werkzeughalterung an der ersten Übergabestelle kann durch die Bewegung der Transfereinrichtung parallel zur Schwenkachse und insbesondere in Längsrichtung ausgeführt werden. Das Einsetzen eines Werkzeugs im Arbeitsraum in die Spanneinrichtung der Werkzeugmaschine kann durch eine Bewegung der Transfereinrichtung parallel zur Schwenkachse und insbesondere in Längsrichtung und/oder durch eine Bewegung der Spanneinrichtung parallel zur Schwenkachse und insbesondere in Längsrichtung erfolgen.
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Die Spanneinrichtung der Werkzeugmaschine ist vorzugsweise in Längsrichtung und/oder in Querrichtung bewegbar im Arbeitsraum angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann die Spanneinrichtung auch um eine oder mehrere Achsen schwenkbar angeordnet sein. Die Anzahl und Ausbildung der Freiheitsgrade, in denen die Spanneinrichtung linear bewegbar und/oder schwenkbar ist, hängt von der Ausgestaltung der Werkzeugmaschine ab und kann variieren.
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Die erste Übergabestelle und die zweite Übergabestelle sind vorzugsweise in Längsrichtung mit Abstand zueinander angeordnet. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die zweite Übergabestelle in Hochrichtung mit Abstand zur ersten Übergabestelle angeordnet ist. Dadurch kann die zweite Übergabestelle beispielsweise oberhalb des Arbeitsraums der Werkzeugmaschine angeordnet werden und die Größe und Ausgestaltung des Arbeitsraums wird nicht durch die zweite Übergabeeinrichtung an der zweiten Übergabestelle eingeschränkt. Diese Ausgestaltung erleichtert außerdem das Nachrüsten einer Werkzeugmaschine, die bislang lediglich das erste Werkzeugmagazin aufweist, mit der erfindungsgemäßen Werkzeugwechselvorrichtung.
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Abhängig von der gewünschten Speicherkapazität kann zusätzlich zu dem ersten Magazin und dem zweiten Magazin ein drittes Magazin oder eine beliebige Anzahl weiterer Magazine verwendet werden, die vorzugsweise in Längsrichtung nebeneinander angeordnet werden. Die Manipulatorebene erstreckt sich entlang sämtlicher vorhandener Magazine. Der Aufbau der Magazine ist im Wesentlichen gleich bzw. ähnlich. Jedes Magazin hat eine Übergabeeinrichtung zum Bereitstellen eines Werkzeugs an einer zugeordneten Übergabestelle in der Manipulatorebene. Alle Übergabestellen sind in der Manipulatorebene angeordnet und somit durch den Greifer der Manipulatoreinrichtung erreichbar.
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Vorzugsweise kann die Transfereinrichtung nur die erste Übergabestelle erreichen.
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Bevorzugt sind auch die weiteren Übergabestellen in Längsrichtung und/oder in Hochrichtung mit Abstand zur ersten Übergabestelle angeordnet. Die zweite Übergabestelle und eine oder mehrere weitere Übergabestellen können in Längsrichtung entlang einer gemeinsamen Geraden angeordnet sein.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugwechselvorrichtung in einer blockschaltbildähnlichen Darstellung in einer Seitenansicht mit Blick in einer Querrichtung,
- 2 die Werkzeugwechselvorrichtung aus 1 in einer blockschaltbildähnlichen Darstellung in einer Draufsicht in Hochrichtung,
- 3 die Werkzeugwechselvorrichtung gemäß der 1 und 2 in einer blockschaltbildähnlichen Darstellung in einer weiteren Ansicht in Längsrichtung,
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Werkzeugwechselvorrichtung in blockschaltbildähnlicher Darstellung in einer Seitenansicht in Querrichtung,
- 5 eine schematische Darstellung eines in einer Halteeinrichtung eines Magazins angeordneten Werkzeugs und
- 6 eine schematische Darstellung eines Werkzeugs aus 5, das aus der Halteeinrichtung entnommen wurde.
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In den 1-3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugwechselvorrichtung 10 stark schematisiert in unterschiedlichen Ansichten veranschaulicht. Die Werkzeugwechselvorrichtung 10 ist dazu eingerichtet, eine Vielzahl von Werkzeugen 11 zu speichern und für den Einsatz in einer Werkzeugmaschine bereitzustellen. Vorzugsweise ist die Werkzeugmaschine zum spanenden Bearbeiten eines Werkstücks eingerichtet. Die Werkzeugmaschine weist eine in einem Arbeitsraum 12 (2 und 3) angeordnete Spanneinrichtung 13 für ein Werkzeug 11 auf. Wenn es sich beim Werkzeug 11 um ein drehend angetriebenes Werkzeug handelt, kann die Spanneinrichtung 13 durch eine Werkzeugspindel 14 gebildet sein, wie es beispielsgemäß veranschaulicht ist. Die Werkzeugspindel ist drehend um eine Spindelachse A antreibbar. Von der Werkzeugmaschine sind nur der Arbeitsraum 12 und die Spanneinrichtung 13 bzw. Werkzeugspindel 14 veranschaulicht.
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Eine Längsrichtung L, eine Querrichtung Q und eine Hochrichtung H bilden ein kartesisches Koordinatensystem. Die Spanneinrichtung 13 kann im Arbeitsraum 12 in Längsrichtung L, in Querrichtung Q und in Hochrichtung H unbeweglich angeordnet sein. Beim Ausführungsbeispiel ist die Spanneinrichtung 13 in wenigstens einem linearen und/oder wenigstens einem rotatorischen Freiheitsgerad bewegbar, beispielsgemäß zumindest in Hochrichtung H und in Querrichtung Q. Zusätzlich oder alternativ kann die Spanneinrichtung 13 auch um eine oder mehrere Achsen schwenkbar sein, beispielsweise um eine Querachse, die parallel zur Querrichtung Q ausgerichtet ist.
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Zur Speicherung der Werkzeuge 11 weist die Werkzeugwechselvorrichtung 10 ein erstes Magazin 18 und ein zweites Magazin 19 auf. Weitere Magazine sind optional. Beim Ausführungsbeispiel ist zusätzlich ein drittes Magazin 20 vorhanden. In jedem Magazin sind mehrere Werkzeuge 11 gespeichert und für die Verwendung bevorratet. Die Magazine 18, 19, 20 können als Kettenmagazine ausgebildet sein. In den Zeichnungen sind in jedem Magazin lediglich schematisch nur ein oder mehrere Werkzeuge 11 veranschaulicht. Die Magazine 18, 19, 20 können im Wesentlichen denselben Aufbau aufweisen im Hinblick auf den Transport und die Lagerung der Werkzeuge 11.
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Das erste Magazin 18 weist eine erste Übergabeeinrichtung 21 auf, mittels der ein Werkzeug 11 zwischen einem Magazinplatz im ersten Magazin 18 und einer ersten Übergabestelle 22 innerhalb einer Manipulatorebene E bewegt werden kann. Beim Ausführungsbeispiel ist die erste Übergabestelle 22 in Hochrichtung H in einem unteren Teil des ersten Magazins 18 angeordnet und beispielsgemäß auf der Höhe der Spindelachse A der Werkzeugspindel 14. Die erste Übergabeeinrichtung 21 kann ein Werkzeug 11 an der ersten Übergabestelle 22 bereitstellen oder kann ein Werkzeug 11 an der ersten Übergabestelle 22 aufnehmen.
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Analog zum ersten Magazin 18 weist das zweite Magazin 19 eine zweite Übergabeeinrichtung 23 auf, um ein Werkzeug 11 zwischen einem Magazinplatz im zweiten Magazin 19 und einer zweiten Übergabestelle 24 in der Manipulatorebene E zu bewegen. Mittels der zweiten Übergabeeinrichtung 23 kann ein Werkzeug 11 an der zweiten Übergabestelle 24 bereitgestellt oder aufgenommen werden.
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Das dritte Magazin 20 weist eine dritte Übergabeeinrichtung 25 auf, mittels der ein Werkzeug 11 zwischen einem Magazinplatz im dritten Magazin 20 und einer dritten Übergabestelle 26 in der Manipulatorebene E bewegt werden kann. Mittels der dritten Übergabeeinrichtung 25 kann ein Werkzeug 11 an der dritten Übergabestelle 26 bereitgestellt oder aufgenommen werden.
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Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Übergabeeinrichtungen 21, 23, 25 als Schieber ausgebildet, um ein Werkzeug linear in Querrichtung Q zur oder aus der jeweiligen Übergabestelle 22, 24, 26 zu bewegen.
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Sämtliche Übergabestellen 22, 24, 26 sind in Längsrichtung L mit Abstand zueinander angeordnet, wobei der Abstand zwischen zwei Übergabestellen 22 und 24 bzw. 22 und 26 in etwa der Breite der Magazine 18, 19, 20 in Längsrichtung L entspricht. In Hochrichtung H betrachtet sind die zweite Übergabestelle 24 und die dritte Übergabestelle 26 mit Abstand zur ersten Übergabestelle 22 angeordnet. Die zweite Übergabestelle 24 und die dritte Übergabestelle 26 können entlang einer gemeinsamen Geraden parallel zur Längsrichtung L angeordnet sein.
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Beim Ausführungsbeispiel ist die Hochrichtung H vertikal ausgerichtet. Die zweite Übergabestelle 24 und die dritte Übergabestelle 26 befinden sich vertikal oberhalb der ersten Übergabestelle 22 und können vertikal oberhalb des Arbeitsraums 12 angeordnet sein.
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Die Magazine 18, 19, 20 sind in Längsrichtung nebeneinander angeordnet und beispielsgemäß parallel zur Manipulatorebene E ausgerichtet. In Querrichtung Q benachbart zu den Magazinen 18, 19, 20 ist eine Manipulatoreinrichtung 30 angeordnet, die zum Bewegen und Positionieren eines Greifers 31 in der Manipulatorebene E eingerichtet ist.
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Die Manipulatoreinrichtung 30 kann eine oder mehrere Maschinenachsen zur Bewegung und Positionierung der Greifers 31 in der Manipulatorebene E aufweisen. Die Manipulatoreinrichtung 30 weist beim Ausführungsbeispiel eine sich in Längsrichtung L erstreckende Längsschiene 32 auf. Entlang dieser Längsschiene ist ein Schlitten 33 in Längsrichtung L bewegbar gelagert. Zur Bewegung des Schlittens 33 entlang der Längsschiene 32 dient ein erster Antrieb 34.
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An dem Schlitten 33 ist ein erster Manipulatorarm 35 mit einem Ende gelenkig angeordnet und am entgegengesetzten Ende gelenkig mit einem zweiten Manipulatorarm 36 verbunden. Der Greifer 31 der Manipulatoreinrichtung 30 ist an dem dem ersten Manipulatorarm 35 entgegengesetzten Ende des zweiten Manipulatorarms 36 angeordnet. Mittels eines zweiten Antriebs 37 können die beiden Gelenkarme 35, 36 parallel zur Manipulatorebene E geschwenkt und dadurch relativ zueinander abgewinkelt werden. Zusätzlich kann dabei auch der Winkel zwischen dem Greifer 31 und dem zweiten Manipulatorarm verändert werden. Der zweite Antrieb 37 ist beispielsgemäß derart ausgestaltet, dass die Ausrichtung des Greifers 31 um eine sich parallel zur Querrichtung Q erstreckende Gelenkachse in jeder Position in der Manipulatorebene E unverändert aufrechterhalten bleibt.
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Der zweite Antrieb 37 kann beispielsweise als Riemenantrieb ausgebildet sein (1 bis 3). Der Riemenantrieb kann einen Antriebsmotor 38, ein erstes Antriebsrad 39, ein zweites Antriebsrad 40 und ein drittes Antriebsrad 41 aufweisen. Die Antriebsräder 39, 40, 41 können über Riemen, beispielsgemäß Zahnriemen 42 drehgekoppelt sein. Mittels des ersten Antriebsrades 39 kann beim Betreiben des Antriebsmotors 38 der erste Manipulatorarm 35 um eine sich parallel zur Querrichtung Q erstreckende Gelenkachse relativ zum Schlitten 33 geschwenkt werden. Mittels des zweiten Antriebsrades 40 wird dabei der zweite Manipulatorarm 36 um eine sich parallel zur Querrichtung Q erstreckende Gelenkachse relativ zum ersten Gelenkarm 35 geschwenkt und mittels des dritten Antriebsrades 41 wird der Greifer 31 um eine sich parallel zur Querrichtung Q erstreckende Gelenkachse relativ zum zweiten Manipulatorarm 36 geschwenkt.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Greifer 31 beispielsweise gabelförmig ausgebildet sein, wobei die beiden Gabelzinken eine Öffnung begrenzen, die zu den Magazinen 18, 19, 20 hin offen ist. Die Gabelzinken des gabelförmigen Greifers 31 erstrecken sich in Querrichtung Q und liegen in Hochrichtung H fluchtend nebeneinander bzw. übereinander. Somit sind die beiden Zinken des gabelförmigen Greifers 31 in Längsrichtung L nicht zueinander versetzt. Diese Ausrichtung der Zinken des gabelförmigen Greifers 31 bleibt vorzugsweise stets aufrechterhalten unabhängig von der Position des Greifers 31 in der Manipulatorebene E.
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Der Greifer 31 kann an jeder der Übergabestellen positioniert werden, also beispielsgemäß an der ersten Übergabestelle 22, der zweiten Übergabestelle 24 und der dritten Übergabestelle 26. Der Greifer 31 kann an den Übergabestellen 22, 24, 26 ein Werkzeug 11 zur Übernahme durch eine Übergabeeinrichtung 21, 23, 25 bereitstellen oder ein Werkzeug 11 von einer dieser Übergabeeinrichtungen 21, 23, 25 aufnehmen. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, Werkzeuge 11 zwischen den Magazinen 18, 19, 20 auszutauschen.
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Die Werkzeugwechselvorrichtung 10 weist außerdem eine Transfereinrichtung 48 auf. Die Transfereinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Werkzeug 11 zwischen der ersten Übergabestelle 22 und dem Arbeitsraum 12 zu bewegen. Die Bewegung kann eine lineare oder eine Rotationsbewegung sein. Vorzugsweise kann die Transfereinrichtung 48 nur die erste Übergabestelle 22, nicht aber die zweite Übergabestelle 24 und auch nicht die dritte Übergabestelle 26 erreichen.
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Beim Ausführungsbeispiel ist die Transfereinrichtung 48 mit einem Schwenkantrieb 49 ausgestattet. Der Schwenkantrieb 49 ist dazu eingerichtet, einen Schwenkarm 50 um eine sich in Längsrichtung L erstreckende Schwenkachse S anzutreiben. Der Schwenkarm 50 erstreckt sich ausgehend von der Schwenkachse S radial zu einem freien Ende hin und weist dort ein Greifelement 51 zum Greifen oder Halten eines Werkzeugs 11 auf.
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Die Transfereinrichtung 48 kann zwei Schwenkarme 50 aufweisen, die sich ausgehend von der Schwenkachse S in entgegengesetzte Richtungen weg erstrecken. Die Greifelemente 51 sind in Richtung der Schwenkbewegung um die Schwenkachse S mit einer Öffnung versehen und können ein Werkzeug 11 durch die Schwenkbewegung übergreifen und kraftschlüssig und/oder formschlüssig halten. Beim Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen beider Greifelemente 51 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schwenkachse S offen. Es sind auch Varianten möglich, bei denen die Öffnungen beider Greifelemente 51 im Uhrzeigersinn um die Schwenkachse S offen sind.
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Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Transfereinrichtung 48 können der Schwenkantrieb 49 mit dem wenigstens einen Schwenkarm 50 über einen Schlitten 52 der Transfereinrichtung 48 in Längsrichtung L linear bewegt werden. Durch diese Bewegungen kann ein an einem Greifelement 51 gehaltenes Werkzeug 11 in die Spanneinrichtung 13 bzw. der Werkzeugspindel 14 eingesetzt oder aus der Spanneinrichtung 13 bzw. der Werkzeugspindel 14 herausgenommen werden. Zusätzlich ist es möglich, ein Werkzeug 11 an der ersten Übergabestelle 22 in Längsrichtung L aus einer Halteeinrichtung 53 herauszubewegen oder einzusetzen.
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Die Magazine 18, 19, 20 haben an jedem Magazinplatz eine Halteeinrichtung 53 für jeweils ein einziges Werkzeug 11. Jede Halteeinrichtung 53 ist dazu eingerichtet, ein Werkzeug 11 an einem Magazinplatz eines der Magazine 18, 19, 20 zu halten. Dazu kann die Halteeinrichtung 53 eine Aufnahme 54 aufweisen (vergleiche 5 und 6). Vorzugsweise bleibt die Ausrichtung der Werkzeuge 11 in den Magazinen 18, 19, 20 erhalten, auch wenn die Magazinplätze mit den Werkzeugen 11 innerhalb des jeweiligen Magazins bewegt werden, um einen bestimmten Magazinplatz an der betreffenden Übergabeeinrichtung 21, 13, 15 anzuordnen. Die Aufnahme 54 jeder Halteeinrichtung 53 kann sich in Längsrichtung L erstrecken.
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Mittels der Manipulatoreinrichtung 30 und insbesondere dem Greifer 31 der Manipulatoreinrichtung 30 oder mittels der ersten Übergabeeinrichtung 21 kann ein Werkzeug 11 an der ersten Übergabestelle 22 bereitgestellt werden. An der ersten Übergabestelle 22 kann die Transfereinrichtung 48 das Werkzeug 11 mittels eines Greifelements 51 eines Schwenkarms 50 aufnehmen. Anschließend kann die Transfereinrichtung 48 in Längsrichtung L bewegt werden, um das Werkzeug 11 aus der Halteeinrichtung zu bewegen. Wenn das Werkzeug 11 aus der Halteeinrichtung 53 entfernt wurde, kann die Transfereinrichtung 48 eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse S ausführen, wodurch das Werkzeug 11 aus der Manipulatorebene E heraus in den Arbeitsraum 12 bewegt wird. Im Wesentlichen werden die Schwenkarme 50 dabei um 180° gedreht. Anschließend kann das an der ersten Übergabestelle 22 aufgenommene Werkzeug 11 durch eine Bewegung in Längsrichtung L relativ zur Spanneinrichtung 13 bzw. zur Werkzeugspindel 14 eingesetzt werden. Diese Bewegung in Längsrichtung L kann durch die Transfereinrichtung 48 ausgeführt werden.
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Da die Transfereinrichtung 48 zwei Schwenkarme 50 mit jeweils einem Greifelement 51 aufweist, ist es gleichzeitig möglich, zwei Werkzeuge 11 zu transportieren. Beim Schwenken der Schwenkarme 50 um die Schwenkachse S kann beispielsweise gleichzeitig ein an der ersten Übergabestelle 22 angeordnetes Werkzeug 11 und ein in der Spanneinrichtung 13 angeordnetes Werkzeug 11 ergriffen werden. Durch die anschließende Bewegung in Längsrichtung L der Transfereinrichtung 48 kann das im Arbeitsraum 12 gehaltene Werkzeug 11 aus der Spanneinrichtung 13 und das an der ersten Übergabestelle 22 angeordnete Werkzeug 11 aus der Halteeinrichtung 53 entnommen werden. Anschließend findet die Schwenkbewegung um die Schwenkachse S statt, so dass die Werkzeuge 11 ihre Positionen tauschen. Das aus der Spanneinrichtung 13 entnommene Werkzeug 11 kann dann durch eine anschließende Bewegung in Längsrichtung L in die Aufnahme 54 der Halteeinrichtung 53 eingesetzt und gleichzeitig das am anderen Schwenkarm 50 gehaltene Werkzeug in die Spanneinrichtung 13 eingesetzt werden.
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Nach diesem Werkzeugaustausch wird die Transfereinrichtung 48 beispielsweise um etwa 90° geschwenkt, so dass die Greifelemente 51 außerhalb der Manipulatorebene E und außerhalb des Arbeitsraums 12 angeordnet sind.
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Mit der Werkzeugmaschine kann jetzt ein Werkstück bearbeitet werden. Während dieser Bearbeitungszeit ist es möglich, Werkzeuge 11 zwischen den Magazinen 18, 19, 20 auszutauschen. Dazu kann die Manipulatoreinrichtung 30 verwendet werden, die mittels des Greifers 31 ein Werkzeug 11 zwischen den verschiedenen Übergabestellen 22, 24, 26 transportieren kann. An einer Übergabestelle 22, 24, 26 kann die jeweils zugeordnete Übergabeeinrichtung 21 bzw. 23 bzw. 25 entweder ein Werkzeug 11 aus dem jeweiligen Magazin 18, 19, 20 bereitstellen oder das am Greifer 31 gehaltene Werkzeug 11 übernehmen und im jeweiligen Magazin 18 bzw. 19 bzw. 20 aufnehmen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Werkzeug 11 an der ersten Übergabestelle 22 somit unmittelbar für die Übernahme durch die Transfereinrichtung 48 sowohl durch die erste Übergabeeinrichtung 21, als auch durch die Manipulatoreinrichtung 30 bereitgestellt werden. Analog kann ein Werkzeug 11 an der ersten Übergabestelle 22 von der Transfereinrichtung 48 entweder durch die erste Übergabeeinrichtung 21 oder durch die Manipulatoreinrichtung 30 übernommen werden. Wie erläutert ist es ferner möglich, Werkzeuge 11 mittels der Manipulatoreinrichtung und den Übergabeeinrichtungen 21, 23, 25 zwischen den Magazinen 18, 19, 20 auszutauschen.
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Insgesamt weist die Werkzeugwechselvorrichtung 10 dadurch eine sehr hohe Flexibilität auf. Die Anordnung der Werkzeuge 11 kann auf die Reihenfolge und die Häufigkeit ihrer Verwendung in den unterschiedlichen Magazinen 18, 19, 20 optimiert werden, so dass eine sehr geringe Span-zu-Span-Zeit erreicht werden kann.
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In 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Manipulatoreinrichtung 30 veranschaulicht. An den Schlitten 33, der entlang der Längsschiene 32 bewegbar geführt ist, ist eine Greiferschiene 55 in Hochrichtung bewegbar gelagert. Die Greiferschiene 55 kann in Hochrichtung H relativ zum Schlitten 33 mittels des zweiten Antriebs 37 der Manipulatoreinrichtung 30 bewegt werden. Die Greiferschiene 55 trägt an einem Ende den Greifer 31. Durch Positionieren des Schlittens 33 entlang der Längsschiene und der Greiferschiene 55 in Hochrichtung H relativ zum Schlitten 33 kann der Greifer 31 in der Manipulatorebene E an den Übergabestellen 22, 24, 26 positioniert werden, um die Werkzeuge 11 aufzunehmen oder abzugeben.
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Die Manipulatoreinrichtung 30 ist bei den Ausführungsbeispielen zweiachsig ausgebildet, wodurch der Greifer 31 in zwei Raumrichtungen, nämlich in der Hochrichtung H und in der Längsrichtung L innerhalb der Manipulatorebene E bewegt und positioniert werden kann. Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel können die Übergabestellen 22, 24, 26 entlang einer gemeinsamen Geraden ausgerichtet sein. In diesem Fall genügt eine einachsige Ausgestaltung der Manipulatoreinrichtung 30, die dann dazu eingerichtet ist, den Greifer 31 entlang dieser Geraden zu bewegen.
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Optional kann der Greifer 31 weitere Antriebe oder Achsen aufweisen, um den Greifer 31 schräg oder rechtwinklig zu der Manipulatorebene E zu bewegen, was allerdings nicht zwingend erforderlich ist und beim Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen ist.
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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechselvorrichtung 10 aufweisend ein erstes Magazin 18 und ein zweites Magazin 19, denen eine gemeinsame Manipulatoreinrichtung 30 mit einem in einer Manipulatorebene E positionierbaren Greifer 31 zugeordnet ist. Jedes Magazin 18, 19 hat eine Übergabeeinrichtung 21, 23, um ein im Magazin 18, 19 gelagertes Werkzeug 11 in der Manipulatorebene E zu positionieren. Eine Transfereinrichtung 48 ist vorhanden, um ein Werkzeug 11 von einer ersten Übergabestelle 22 in der Manipulatorebene in einen Arbeitsraum 12 einer Werkzeugmaschine zu bewegen bzw. umgekehrt. Mit der Transfereinrichtung 48 kann sowohl die erste Übergabeeinrichtung 21 des ersten Magazins 18 als auch die Manipulatoreinrichtung 30 zusammenarbeiten. Werkzeuge 11 können zwischen den Magazinen 18, 19 mittels der Manipulatoreinrichtung 30 ausgetauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkzeugwechselvorrichtung
- 11
- Werkzeug
- 12
- Arbeitsraum
- 13
- Spanneinrichtung
- 14
- Werkzeugspindel
- 18
- erstes Magazin
- 19
- zweites Magazin
- 20
- drittes Magazin
- 21
- erste Übergabeeinrichtung
- 22
- erste Übergabestelle
- 23
- zweite Übergabeeinrichtung
- 24
- zweite Übergabestelle
- 25
- dritte Übergabeeinrichtung
- 26
- dritte Übergabestelle
- 30
- Manipulatoreinrichtung
- 31
- Greifer
- 32
- Längsschiene
- 33
- Schlitten
- 34
- erster Antrieb
- 35
- erster Manipulatorarm
- 36
- zweiter Manipulatorarm
- 37
- zweiter Antrieb
- 38
- Antriebsmotor
- 39
- erstes Antriebsrad
- 40
- zweites Antriebsrad
- 41
- drittes Antriebsrad
- 42
- Zahnriemen
- 48
- Transfereinrichtung
- 49
- Schwenkantrieb
- 50
- Schwenkarm
- 51
- Greifelement
- 52
- Schlitten der Transfereinrichtung
- 53
- Halteeinrichtung
- 54
- Aufnahme
- A
- Spindelachse
- E
- Manipulatorebene
- H
- Hochrichtung
- L
- Längsrichtung
- Q
- Querrichtung
- S
- Schwenkachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10236342 B4 [0002]
- EP 1755823 B1 [0003]
