-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugmagazin.
-
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDES DER TECHNIK
-
Eine Werkzeugmaschine wie eine Drehmaschine (eine NC-Drehmaschine) oder ein Bearbeitungszentrum, das mittels numerischer Steuerung automatisiert ist, muss ein Werkzeug ersetzen, entsprechend eines Bearbeitungsvorganges an einem Bearbeitungsobjekt (einem Werkstück). In diesen Werkzeugmaschinen ist eine Werkzeugaustauschvorrichtung übernommen, die das Werkzeug automatisch austauscht, um die Notwendigkeit eines manuellen Austausches des Werkzeuges von einem Anwender zu beseitigen. Die Werkzeugaustauschvorrichtung beinhaltet ein Werkzeugmagazin, das eine Vielzahl an Werkzeugen trägt, die in einem austauschbaren Zustand für ein Bearbeiten benötigt werden.
-
Zum Beispiel beinhaltet eine automatische Werkzeugaustauschvorrichtung einer Werkzeugmaschine, die in Patentliteratur 1 (entsprechend zu einer Werkzeugaustauschvorrichtung in der vorliegenden Anmeldung) eine Spindel, die ein Werkzeug lösbar einspannen kann (entsprechend zu einer Spindelvorrichtung in der vorliegenden Anmeldung), und ein Werkzeugmagazin, das eine Vielzahl an Werkzeughalter hat, die Werkzeuge in einem austauschbaren Zustand stützen (entsprechend zu Werkzeugtöpfen in der vorliegenden Anmeldung).
-
Die Spindel ist für die Werkzeugmaschine so vorgesehen, dass die Drehachse parallel zu einer vertikalen Richtung der Werkzeugmaschine ist. Das Werkzeugmagazin beinhaltet ein Werkzeugstützrad, das so vorgesehen ist, dass eine Drehebene horizontal mit Bezug auf die Werkzeugmaschine ist (entsprechend zu einer Drehscheibe in der vorliegenden Anmeldung), und eine Drehachsenrichtung der Spindel und eine Drehachsenrichtung des Werkzeugstützrades parallel zueinander sind.
-
Ein Bestandteil des Werkzeuges wird von dem Werkzeughalter eingespannt und die Werkzeuge sind in gleichen Abständen entlang einer Umfangsrichtung des Werkzeugstützrades so angeordnet, dass eine Drehachse des Werkzeuges lotrecht zu der Drehebene des Werkzeugstützrades ist. Die automatische Werkzeugaustauschvorrichtung dreht das Werkzeugstützrad, wählt ein Werkzeug aus einer Vielzahl von angeordneten Werkzeugen aus, das für die Bearbeitung verwendet werden soll, und tauscht das Werkzeug mit einem Werkzeug aus, das von der Spindel eingespannt ist.
-
[Patentliteratur 1]
JP-A-2003-211336 -
Entsprechend zu einem verwandten Stand der Technik ist eine automatische Werkzeugaustauschvorrichtung einer Werkzeugmaschine so angeordnet, dass eine Drehebene eines Werkzeugstützrades eines Werkzeugmagazins horizontal vorgesehen ist (das Werkzeugstützrad ist horizontal) mit Bezug auf die Werkzeugmaschine, so dass Platz für das Werkzeugstützrad in einer horizontalen Richtung der Werkzeugmaschine gewährleistet sein muss. Wenn ein Bearbeitungsvorgang kompliziert ist und die Anzahl an Werkzeugen, die verwendet werden, ansteigt, nimmt die Anzahl an Werkzeughaltern ebenfalls zu, so dass ein Durchmesser des Werkzeugstützrades vergrößert werden muss, um einen Umfang des Werkzeugstützrades zu verlängern, an dem die Werkzeughalter angeordnet sind. Um dementsprechend das Werkzeugstützrad innerhalb der Werkzeugmaschine aufzunehmen, muss die Breite der Werkzeugmaschine vergrößert werden und es ist weniger wahrscheinlich, dass der Platz reduziert wird, der für die Anordnung der Werkzeugmaschine benötigt wird.
-
Um den Platz für die Drehung des Werkzeugstützrades zu reduzieren, ist das Werkzeug so angeordnet, dass die Drehachse parallel zu der horizontalen Richtung ist, falls die Drehebene des Werkzeugstützrades vertikal vorgesehen ist (das Werkzeugstützrad ist vertikal). In diesem Fall steht ein Bestandteil des Werkzeuges horizontal aus dem Werkzeughalter vor und die Breite der Werkzeugmaschine kann nicht reduziert werden. Daher wird auch in diesem Fall die Breite der Werkzeugmaschine vergrößert und es ist weniger wahrscheinlich, dass der Bereich reduziert wird, der für das Anordnen der Werkzeugmaschine benötigt wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugmagazin bereit, das die Breite einer Werkzeugmaschine reduzieren kann und einen Bereich reduzieren kann, der für eine Anordnung des Maschinenwerkzeuges in der Werkzeugmaschine mit Werkzeugmagazin benötigt wird.
-
Lösung zu dem Problem
-
In einem Gesichtspunkt (1) beinhaltet eine Werkzeugmaschine mit Werkzeugmagazin eine Spindelvorrichtung, die eine Drehspindel beinhaltet, die so gestaltet ist, dass sie einen eingespannten Abschnitt eines Werkzeugs lösbar einspannt, das den eingespannten Abschnitt und einen Bearbeitungsabschnitt hat, und dreht das Werkzeug, das eingespannt ist, beinhaltet ferner ein Werkzeugmagazin, das so gestaltet ist, dass es eine Vielzahl an Werkzeugen trägt und eines der Vielzahl an Werkzeugen indexiert, das an einer vorgegebenen Position gehalten wird, und beinhaltet ferner eine Werkzeugaustauschvorrichtung, die so gestaltet ist, dass sie ein Werkzeug, das aus der Vielzahl an Werkzeugen indexiert ist, mit dem Werkzeug austauscht, das von der Drehspindel eingespannt ist. Das Werkzeugmagazin beinhaltet eine Drehscheibe, die sich um eine Scheibendrehachse lotrecht zu einer Spindeldrehachse dreht, die eine Drehachse der Drehspindel ist, beinhaltet ferner eine Vielzahl an Werkzeugtöpfen, wobei jeder den eingespannten Abschnitt des Werkzeuges einspannt und in einem Abstand entlang der Umfangsrichtung der Drehscheibe angeordnet ist, und beinhaltet ferner eine Indexiervorrichtung, die die Drehscheibe um die Scheibendrehachse dreht und einen der Vielzahl an Werkzeugtöpfen zu der vorgegebene Position indexiert. Der Bearbeitungsabschnitt ist radial außerhalb der Drehscheibe vorgesehen, wenn das Werkzeug eingespannt ist.
-
In einem Gesichtspunkt (2) kann jeder der Vielzahl an Werkzeugtöpfen des Werkzeugmagazins so auf der Drehscheibe vorgesehen sein, dass sich jede der Werkzeugdrehachsen entlang einer Drehrichtung der Drehscheibe mit Bezug auf eine virtuelle Strahllinie neigt, die eine Drehzentrum der Drehscheibe mit einer Position eines Halteabschnittes jedes der Vielzahl an Werkzeugtöpfen verbindet.
-
Entsprechend zu dem Gesichtspunkt (1) kann die Breite der Werkzeugmaschine reduziert werden und Platz, der für ein Anordnen der Werkzeugmaschine benötigt wird, kann reduziert werden.
-
Wenn das Werkzeugmagazin gedreht wird und eine Drehachsenrichtung des Werkzeuges, das von dem Werkzeugtopf eingespannt wird, parallel zu einer horizontalen Richtung der Werkzeugmaschine ist, kann entsprechend dem Gesichtspunkt (2) die Position des Werkzeugtopfes in einer vertikalen Richtung der Werkzeugmaschine über oder unter eine horizontale Linie geschaltet werden, die durch die Mitte der Drehscheibe des Werkzeugmagazins hindurchgeht. Wenn ein Anwender einen Vorgang wie ein Austauschen und ein Einstellen des Werkzeugtopfes oder des Werkzeuges durchführt, kann dementsprechend die Position des Werkzeugtopfes, der betrieben werden soll, auf eine Position eingestellt werden, die für den Vorgang geeignet ist.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Gesamtkonfiguration einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugmagazin darstellt.
- 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Zusammenhang zwischen einem Werkzeugtopf, der in dem Werkzeugmagazin angeordnet ist, und einem Führungsbauteil zeigt.
- 3 ist eine schematische Ansicht, die ein Verfahren eines Befestigens des Werkzeugtopfes an der Drehscheibe darstellt (das Werkzeugmagazin).
- 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Zusammenhang zwischen dem Werkzeugtopf und einem Werkzeug darstellt.
- 5 ist eine schematische Ansicht, die ein Verfahren eines Einspannens des Werkzeuges von dem Werkzeugtopf darstellt.
- 6 ist eine Ansicht, die eine Bewegung einer ausgewählten Werkzeugeinheit und einer Spindelvorrichtung zu Austauschbereitschaftspositionen darstellt.
- 7 ist eine Ansicht, die einen Vorgang eines Austauschens des Werkzeuges der ausgewählten Werkzeugeinheit mit einem Werkzeug aus der Spindelvorrichtung darstellt.
- 8 ist eine Ansicht, die einen Zustand des Befestigens eines Werkzeuges an einem Werkzeugmagazin einer Werkzeugmaschine in einem verwandten Stand der Technik und einen Zustand des Befestigens in dieser Ausführungsform vergleicht.
- 9 ist eine Ansicht, die eine Werkzeugaustauschposition des Werkzeuges und eine Werkzeug-/Werkzeugtopfwartungsposition in dem Werkzeugmagazin darstellt.
- 10 ist eine Ansicht, die einen Vergleich zwischen einer Wartungsposition in einem verwandten Stand der Technik und der Wartungsposition dieser Ausführungsform darstellt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Nachstehend wird ein Beispiel einer Ausführungsform einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugmagazin entsprechend zu der vorliegenden Anmeldung mit Bezug auf 1 bis 10 beschrieben. In Zeichnungen, die eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse beschreiben, sind die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse lotrecht zueinander. Die Z-Achse ist parallel zu einer Drehachse der Drehspindel 108a einer Spindelvorrichtung 108 (eine Spindeldrehachse RL), und die Y-Achse ist parallel zu einer Oben-Unten-Richtung der Werkzeugmaschine 1, wenn die Werkzeugmaschine 1 mit einem Werkzeugmagazin (nachstehend einfach als die Werkzeugmaschine 1 bezeichnet) an einem Platz eingerichtet wird, an dem die Werkzeugmaschine 1 verwendet wird. In der Werkzeugmaschine 1 ist eine X-Achsenrichtung „rechts“ und eine Richtung entgegen der X-Achsenrichtung ist „links“ und eine Y-Achsenrichtung ist „oben“ und eine Richtung entgegen der Y-Achsenrichtung ist „unten“. Eine Z-Achsenrichtung ist „vorne“ und eine Richtung entgegen der Z-Achsenrichtung ist „hinten“.
-
[Gesamtkonfiguration einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugmagazin (Fig. 1)]
-
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die Werkzeugmaschine 1 (z.B. ein Maschinenzentrum) einen Unterbau 101, einen Ständer 102 und einen Stütztisch 201. Der Unterbau 101 ist mit dem Ständer 102, dem Stütztisch 201, einer X-Achsenführungsschiene 109 und einer Z-Achsenführungsschiene 110 versehen.
-
Die X-Achsenführungsschiene 109 erstreckt sich entlang der X-Achsenrichtung und der Ständer 102 ist so vorgesehen, dass er in der X-Achsenrichtung von einem Motor M1 oder dergleichen verschiebbar ist. Der Ständer 102 hat Y-Achsenführungsschienen 103 auf einer vorderen Fläche. Die Y-Achsenführungsschienen 103 sind mit einem Y-Achsenschlitten 107 versehen, der sich entlang der Y-Achsenrichtung erstreckt und in der Y-Achsenrichtung von einem Motor M2 oder dergleichen verschiebbar ist.
-
Der Y-Achsenschlitten 107 ist mit der Spindelvorrichtung 108 so vorgesehen, dass die Spindeldrehachse RL, die eine Achse der Drehspindel 108 ist, die ein eingespanntes Werkzeug dreht, parallel zu der Z-Achsenrichtung ist. Eine Öffnung, die sich entlang der Y-Achsenrichtung erstreckt und einen Bestandteil der Spindelvorrichtung 108 aufnimmt, ist auf der vorderen Fläche des Ständers 102 so ausgeformt, dass die Spindelvorrichtung 108 entlang der Y-Achsenrichtung verschiebbar ist. Die Öffnung ist zum Beispiel mit einem glockenförmigen Abdeckabschnitt versehen, der einer Bewegung der Spindelvorrichtung 108 in der Y-Achsenrichtung so folgt, dass Späne, Schneidflüssigkeit und dergleichen nicht von außerhalb in den Ständer 102 eindringen. Die Spindelvorrichtung 108 ist mit einem Mechanismus versehen, der ein Werkzeug einspannt, ähnlich einem Werkzeugtopf 420, der unten beschrieben wird. Dadurch ist die Spindelvorrichtung 108 in einer XY-Ebene mit Bezug auf den Unterbau 101 verschiebbar.
-
Die Z-Achsenführungsschienen 110 sind ein Paar von Führungsschienen, die sich entlang der Z-Achsenrichtung erstrecken und ein Z-Achsentisch 104 ist so vorgesehen, dass er in der Z-Achsenrichtung verschiebbar ist. Eine Kugelmutter 113, in die eine Kugelgewindespindel 111 eingeschraubt wird, die koaxial mit einem Motor M3 versehen ist, ist auf jeder Seite von linken und rechten Enden einer unteren Fläche des Z-Achsentisches 104 vorgesehen. Dadurch ist der Z-Achsentisch 104 entlang der Z-Achsenrichtung über den Motor M3 verschiebbar.
-
Ein austauschbarer Aufspanntisch 105 ist platziert und befestigt auf einer oberen Fläche des Z-Achsentisches 104. Obwohl nicht dargestellt, ist ein Aufspanntischtauscher vor dem Z-Achsentisch 104 in dem Unterbau 101 vorgesehen. Der Aufspanntisch 105 wird von dem Aufspanntischtauscher getauscht, der den Aufspanntisch 105 auf dem Z-Achsentisch 104 mit einem Aufspanntisch an einer Bereitschaftsposition des Aufspanntischtauschers ersetzt.
-
Obwohl nicht dargestellt, dreht der Z-Achsentisch 104 den Aufspanntisch105 um die Y-Achse, mit Bezug auf den Unterbau 101 über einen Motor oder dergleichen. Dadurch kann ein Bearbeitungsobjekt (ein Werkstück; nicht dargestellt), das auf dem Aufspanntisch 105 befestigt ist, entlang der Z-Achsenrichtung mit Bezug auf den Unterbau 101 verschoben werden und kann um die Y-Achse gedreht werden.
-
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet der Stütztisch 201 eine Indexiervorrichtung 200 und eine Werkzeugaustauschvorrichtung 300. Die Indexiervorrichtung 200 beinhaltet ein Werkzeugmagazin 210 und einen Motor 202 mit einem Drehzahlminderer, und ist so vorgesehen, dass eine Drehscheibe 211 des Werkzeugmagazins 210 sich auf einer äußeren Kante des Unterbaus 101 befindet, auf einer Seite gegenüber dem Ständer 102, wobei der Stütztisch 201 dazwischengeschaltet ist. Das Werkzeugmagazin 210 beinhaltet die Drehscheibe 211, eine Vielzahl an Werkzeugtöpfen 420, eine obere Platte 212a und eine untere Platte 212b.
-
Der Stütztisch 201 ist zum Beispiel, über ein Verbinden einer Vielzahl an Eisenplatten über Schweißen oder dergleichen bereitgestellt. Die obere Platte 212a, die untere Platte 212b, der Motor 202 mit dem Drehzahlminderer, einem Winkel BR und einer Werkzeugtopfbewegungsvorrichtung 308 sind an dem Stütztisch 201 befestigt. Obwohl nicht dargestellt, ist die Drehscheibe 211 von dem Stütztisch 201 über eine Drehstützvorrichtung gestützt, die ein Lager oder dergleichen verwendet. Die Drehscheibe 211, ist drehbar mit einer Drehwelle verbunden, die als eine Ausgangswelle des Motors 202 mit dem Drehzahlminderer dient, der auf dem Stütztisch 201 vorgesehen ist. Die Drehscheibe 211 dreht sich um eine Scheibendrehachse JK bezüglich des Stütztisches 201. Topfhalter 304 sind an der Drehscheibe 211 über Schrauben oder dergleichen festgemacht und sind in Abständen (z.B. in Winkelabständen von 15°) entlang der Umfangsrichtung der Drehscheibe 211 angeordnet. Eine Werkzeugeinheit 400 beinhaltet ein Werkzeug 410 und den Werkzeugtopf 420, der das Werkzeug 410 einspannt.
-
Eine Vielzahl an Werkzeugeinheiten 400 (die jeweils das Werkzeug 410 und den Werkzeugtopf 420 beinhalten) werden von dem Topfhalter 304 gehalten und sind in Abständen entlang der Umfangsrichtung der Drehscheibe 211 angeordnet (siehe 9 und 10). Jede der Werkzeugeinheiten 400 ist so vorgesehen, dass ein Bearbeitungsabschnitt 411 (siehe 4) radial außerhalb der Drehscheibe 211 vorgesehen ist, wenn das Werkzeug 410 lösbar eingespannt ist. Der Einfachheit der Beschreibung Willen, wird in 1 lediglich die Werkzeugeinheit 400 dargestellt, die zu einer Werkzeugaustauschposition PA indexiert ist, wie unten beschrieben wird.
-
Sowohl die obere Platte 212a als auch die untere Platte 212b ist so auf dem Stütztisch 201 vorgesehen, dass sie der Drehscheibe 211 mit der Werkzeugeinheit 400 gegenüberliegen, die auf der Drehscheibe 211 angeordnet ist, die dazwischengeschaltet ist. Sowohl die obere Platte 212a als auch die untere Platte 212b ist auf dem Stütztisch 201 in der Oben-Unten-Richtung in einer vorgegebenen Entfernung (einer Entfernung, genug um der Werkzeugeinheit 400 zu ermöglichen, hindurchzugehen) zu der Drehwelle des Motors 202 mit dem dazwischengeschalteten Drehzahlminderer vorgesehen. Dadurch wird ein Spalt ausgeformt zwischen der oberen Platte 212a und der unteren Platte 212b entlang der Z-Achsenrichtung.
-
Die Werkzeugaustauschposition PA ist eine Position des Spaltes zwischen der oberen Platte 212a und der unteren Platte 212b, betrachtet aus einer Linksrichtung (einer Richtung gegenüber der X-Achsenrichtung) und ist eine Position, zu der der Werkzeugtopf 420 (die Werkzeugeinheit 400) in dem Werkzeugmagazin 210 auf der Seite der Werkzeugaustauschvorrichtung 300 indexiert wird. Eine Wartungsposition PB ist eine Position auf einer Seite gegenüber zu der Werkzeugaustauschposition PA in dem Werkzeugmagazin 210 und ist eine Position, zu der der Werkzeugtopf 420 (die Werkzeugeinheit 400) indexiert wird.
-
Die Indexiervorrichtung 200 dreht die Drehscheibe 211 um die Scheibendrehachse JK mittels des Motors 202 mit dem Drehzahlminderer und indexiert den Werkzeugtopf 420 (die Werkzeugeinheit 400), die das Werkzeug hält, das aus einer Vielzahl an Werkzeugtöpfen 420 (die Werkzeugeinheit 400) für die Bearbeitung genutzt wird, zu einer vorgegebenen Position (die Werkzeugaustauschposition PA). Die indexierte Werkzeugeinheit 400 wird mittels der Werkzeugaustauschvorrichtung 300 an der Werkzeugaustauschposition PA von dem Werkzeugmagazin 210 zu einem Führungsbauteil 303 bewegt.
-
Wenn ein Anwender eine Wartungsvorgang wie ein Austauschen oder ein Ausrichten des Werkzeuges 410 und des Werkzeugtopfes 420 (der Werkzeugeinheit 400) ausführt, dreht die Indexiervorrichtung 200 den Drehtisch 211, um die Werkzeugeinheit 400 für das Durchführen des Vorganges zu der Wartungsposition PB zu indexieren. Daher kann der Anwender einen Wartungsvorgang an der Werkzeugeinheit 400 über Befestigen und Lösen der Werkzeugeinheit 400 an und von dem Werkzeughalter 304 von dem Spalt zwischen der oberen Platte 212a und der unteren Platte 212b durchführen.
-
Die Werkzeugaustauschvorrichtung 300 beinhaltet einen Austauscharm 301, eine Armantriebsvorrichtung 302, das Führungsbauteil 303 und die Werkzeugtopfbewegungsvorrichtung 308. Der Austauscharm 301 beinhaltet Haken 301a, 301b, die in eine Hakennut 412 eingepasst werden (siehe 4 und 5), die in dem Werkzeug 410 vorgesehen sind, das unten beschrieben wird. Die Armantriebsvorrichtung 302 wird von dem Stütztisch 201 über den Winkel BR gestützt. Die Armantriebsvorrichtung 302 beinhaltet eine Antriebseinheit (z.B. einen Motor), der den Austauscharm 301 um eine Drehachse dreht, und einen Linearbewegungsmechanismus (z.B. eine Zahnstange und ein Ritzel), das den Austauscharm 301 entlang der Drehachse bewegt. Dadurch kann die Armantriebsvorrichtung 302 den Austauscharm 301 in der Z-Achsenrichtung bewegen und kann den Austauscharm 301 um die Achse in der Z-Achsenrichtung drehen.
-
[Genaue Struktur von Werkzeugeinheit und Führungsbauteil (Figuren 2 bis 5)]
-
Eine genaue Struktur der Werkzeugeinheit 400 und des Führungsbauteils 303 wird mit Bezug auf 2 bis 5 beschrieben. Ein Befestigungsbauteil wie eine Schraube und eine Nut für ein Befestigen des Topfhalters 304 an der Drehscheibe 211 und ein Werkzeugeinsetzfenster WD, das unten beschrieben wird (siehe 9 und 10), sind in 2 zugunsten der Einfachheit der Beschreibung weglassen.
-
Wie in 2 dargestellt, sind das Führungsbauteil 303 und die Werkzeugtopfbewegungsvorrichtung 308, die eine Kugelgewindespindel 307 und einen Motor 306 hat, an einer Position des Stütztisches 201 vorgesehen, der der Werkzeugaustauschposition PA gegenüberliegt. Das Führungsbauteil 303 beinhaltet ein Paar ebene Bauteile, die sich entlang der X-Achsenrichtung erstrecken und die einander in der Oben-Unten-Richtung gegenüberliegen. Das ebene Bauteil in dem Paar auf einer oberen Seite ist eine obere Führung 303b und das ebene Bauteil in dem Paar auf einer unteren Seite ist eine untere Führung 303c. Eine Seite einer Werkzeugaustauschposition PA des Führungsbauteils 303 ist offen und die obere Führung 303b und die untere Führung 303c sind so vorgesehen, dass sie parallel zueinander in einer Höhe sind, die es dem Werkzeugtopf 302 ermöglicht, dort hindurchzugehen und die Bewegung darauf führen kann.
-
Das Führungsbauteil 303 ist zum Beispiel aus Metall oder dergleichen ausgeformt. Obwohl nicht dargestellt, ist das Führungsbauteil 303 über ein Befestigungsbauteil wie einer Schraube und einer Schraubenmutter oder über Schweißen oder dergleichen an dem Winkel BR befestigt, und wird von dem Stütztisch 201 gestützt.
-
Ein Topfgleitstück 305 beinhaltet eine Schraubenmutterplatte 305a, die mit einer Schraubenmutter versehen ist, in die eine Schraube eingepasst ist, die auf einer äußeren Umfangsfläche der Kugelgewindespindel 307 vorgesehen ist, und einen Topfeinspannabschnitt 305b, in dem der eingespannten Topfabschnitt 424 des Werkzeugtopfes 420 eingepasst und eingespannt ist. Der Topfeinspannabschnitt 305b ist auf einer Seite so geöffnet, dass der eingespannten Topfabschnitt 424 darin eingepasst werden kann und die andere Seite ist mit einer Schraubenmutterplatte 305a versehen.
-
Die Kugelgewindespindel 307 ist entlang der X-Achsenrichtung als eine Axialrichtung vorgesehen. Ein Endabschnitt der Kugelgewindespindel 307 auf der Seite der Werkzeugaustauschposition PA ist mit dem Topfgleitstück 305 über die Schraubenmutterplatte 305a verbunden und das andere Ende davon ist so verbunden, dass es koaxial mit einer Drehwelle des Motors 306 ist. Dadurch ist das Topfgleitstück 305 zwischen einer Magazinhalteposition PTh und einer Austauschbereitschaftsposition PTc entlang dem Führungsbauteil 303 verschiebbar. Die Werkzeugtopfbewegungsvorrichtung 308 ist nicht beschränkt auf eine Gestaltung mittels der Kugelgewindespindel 307 und der Schraubenmutterplatte 305a und kann jeder Linearbewegungsmechanismus wie eine Zahnstange und ein Ritzel sein.
-
Vorsprünge 305c, die nach innerhalb eines Bereiches vorstehen, in dem der eingespannten Topfabschnitt 424 eingepasst ist, sind an Kopfenden des Topfeinspannabschnittes 305b vorgesehen. Der Werkzeugtopf 420 wird von dem Topfgleitstück 305 eingespannt durch ein Einpassen der Vorsprünge 305c in Einspannnuten 422. Um es dem Werkzeugtopf 420, der sich entlang einer Umfangsrichtung des Werkzeugmagazins 210 bewegt, zu ermöglichen, an der Werkzeugaustauschposition PA hindurchzugehen, wird zusätzlich eine Spannweite innerhalb des Topfeinspannabschnittes 305b größer eingestellt als eine Spannweite eines eingespannten Topfabschnittes 424. Aus demselben Grund wird eine Spannweite einer Einspannnut 422 in der Z-Achsenrichtung oder dergleichen so eingestellt, dass der Vorsprung 305c entlang der Umfangsrichtung hindurchgehen kann.
-
Wenn sich die Kugelgewindespindel 307 dreht und sich das Topfgleitstück 305 entlang der X-Achsenrichtung bewegt, bewegt sich der Werkzeugtopf 420 (die Werkzeugeinheit 400), in dem der eingespannte Topfabschnitt 424 über den Topfeinspannabschnitt 305b eingespannt ist, zu der Austauschbereitschaftsposition PTc.
-
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand darstellt, in dem der Werkzeugtopf 420 von einem Topfhalter 304 gehalten wird. Der Topfhalter 304 ist an die Drehscheibe 211 mittels Schrauben BLT1 befestigt. Der Topfhalter 304 beinhaltet eine Einkerbung 304a, eine Haltegabel 304b und eine untere Platte 304c und hat eine U-Form, die auf einer Seite offen ist. Der Werkzeugtopf 420 wird von dem Topfhalter 304 über ein Einpassen eines gehaltenen Abschnittes 423 in die U-Form des Topfhalters 304 gehalten. Dadurch ist jeder Werkzeugtopf 420 darin eingeschränkt, sich von der Drehscheibe 211 in einer radialen Richtung zu lösen.
-
Ein Anschlag STP ist an einem Kopfende der Schraube BLT1 befestigt. Eine Bewegung des Werkzeugtopfes 420 in der X-Achsenrichtung ist durch den Anschlag STP, die obere Platte 212a und die untere Platte 212b eingeschränkt (siehe 1 und 2). Eine Blattfeder SPG1 ist an der Haltegabel 304b mittels einer Schraube BLT2 befestigt. Die Blattfeder SPG1 hat einen gebogenen Abschnitt, der von der Einkerbung 304a abwärts vorsteht, und drückt den Werkzeugtopf 420 zu der unteren Platte 304c über eine Vorspannkraft der Feder.
-
Wie in 2, 4 und 5 dargestellt, beinhaltet die Werkzeugeinheit 400 den Werkzeugtopf 420 und das Werkzeug 410. Der Werkzeugtopf 420 beinhaltet den gehaltenen Abschnitt 423, den eingespannten Topfabschnitt 424 und den Werkzeughalteabschnitt 426. Das Werkzeug 410 beinhaltet den Bearbeitungsabschnitt 411, der das Bearbeitungsobjekt (das Werkstück) bearbeitet, einen Flansch 413 und einen eingespannten Abschnitt 414. Die Hakennut 412, in die der Haken 301a, 301b (siehe 1) des Austauscharmes 301 eingepasst sind, ist in dem Flansch 413 entlang einer Umfangsrichtung vorgesehen.
-
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Zusammenhang zwischen dem Werkzeugtopf 420 und dem Werkzeug 410 darstellt. 5 ist eine Ansicht, die ein Verfahren eines Einspannens des Werkzeuges 410 mittels des Werkzeugtopfes 420 darstellt, und ist eine schematische Ansicht, die teilweise einen Querschnitt zeigt. Wie in 4 und 5 dargestellt, sind zwei Verschlusslöcher 415 an zwei Positionen des eingesparten Abschnittes 414 vorgesehen.
-
Wie in 5 dargestellt, beinhaltet der Werkzeugtopf 420 Kugeln BL, eine Druckfeder SPG2 und einen Kolben SPL. Der Kolben ist innerhalb des Werkzeugtopfes 420 vorgesehen und ein Endabschnitt auf einer Seite davon ist mit dem Eingespannter Topfabschnitt 424 des Werkzeugtopfes 420 über die Druckfeder SPG2 verbunden. Eine konische Fläche ist an einem Endabschnitt der anderen Seite des Kolbens SPL ausgeformt. Wegen einer Vorspannkraft der Druckfeder SPG2 bewegt sich der Kolben SPL entlang der Z-Achsenrichtung, wobei eine Fläche jeder Kugel BL auf einer Seite des Kolbens SPL die konische Fläche des Kolbens SPL berührt und eine Fläche auf einer Seite gegenüber der Seite des Kolbens SPL berührt eine innere Fläche eines Einspannloches 427.
-
Wenn der eingespannte Abschnitt 414 des Werkzeuges 410 in das Einspannloch 427 eingepasst wird, wird der Kolben SPL entlang einer Richtung entgegen der Z-Achsenrichtung gegen die Vorspannkraft der Druckfeder SPG2 bewegt, über ein Drücken der konischen Fläche, an der jede der Kugeln BL berührt, die eine innere Fläche des eingespannten Abschnittes 414 berühren. Wenn der eingespannte Abschnitt 414 in das Einspannloch 427 eingepasst ist, ist jede Kugel in jedes Verschlussloch 415 eingepasst und das Werkzeug 410 ist eingespannt (verriegelt) von dem Werkzeugtopf 420.
-
Der Anwender entfernt das Werkzeug 410 von dem Werkzeugtopf 420, indem er ein Werkzeug TL verwendet, das in 5 dargestellt ist. Namentlich fügt der Anwender ein Kopfende des Werkzeuges TL in ein Einsetzloch 421 ein und hakt das Kopfende in eine ringförmige Nut RS, die in dem Kolben SPL geformt ist. Anschließend bewegt der Anwender das Kopfende des Werkzeuges TL in eine Richtung entgegen der Z-Achsenrichtung, um die Vorspannkraft auf jede Kugel BL zu lösen und entfernt die Kugel BL aus jedem Verschlussloch 415, um den Verschluss zu öffnen. Dadurch entfernt der Anwender das Werkzeug 410 von dem Werkzeugtopf 420 und führt eine Arbeit wie ein Austauschen und ein Einstellen des Werkzeuges durch.
-
Insbesondere bedeutet Indexieren der Werkzeugeinheit 400 durch die Indexiervorrichtung 200 (siehe 1), die Drehscheibe 211 mittels des Motors 202 mit dem Drehzahlminderer zu drehen, um die Werkzeugeinheit 400 zu der Werkzeugaustauschposition PA zu bewegen (indexieren), die aus der Vielzahl an Werkzeugeinheiten 400 ausgewählt ist, die in der Vielzahl an Topfhaltern 304 gehalten werden, die in der Drehscheibe 211 angeordnet sind. In der Werkzeugeinheit 400, die zu der Werkzeugaustauschposition PA indexiert ist, wird der eingespannte Topfabschnitt 424 in den Topfeinspannabschnitt 305b eingepasst und ist bewegbar mittels des Topfhalters 304.
-
[Austausch eines Werkzeuges in dem Werkzeugmagazin mit einem Werkzeug der Spindelvorrichtung (Figuren 6 und 7)]
-
Ein Verfahren für ein Austauschen des Werkzeuges 410 in dem Werkzeugmagazin 210 mit dem Werkzeug 410 der Spindelvorrichtung 108 wird mit Bezug auf 6 und 7 beschrieben.
-
Wie in 6 dargestellt, dreht die Indexiervorrichtung 200 die Drehscheibe 211, um eine ausgewählte Werkzeugeinheit 400S (die Werkzeugeinheit 400, die das Werkzeug 410 hält, das für den Bearbeitungsvorgang ausgewählt ist), die die ausgewählte Werkzeugeinheit 400 ist, zu der Austauschposition PA zu bewegen. Anschließend bewegt die Werkzeugaustauschvorrichtung 300 die ausgewählte Werkzeugeinheit 400S von der Magazinhalteposition PTh zu der Austauschbereitschaftsposition PTc mittels der Werkzeugtopfbewegungsvorrichtung 308. Zu demselben Zeitpunkt wird der Motor M1 angetrieben, um die Spindelvorrichtung 108 von einer Bearbeitungsposition PSh zu einer Austauschbereitschaftsposition PSc zu bewegen.
-
Anschließend, wie in 6 und 7 dargestellt, dreht die Werkzeugaustauschvorrichtung 300 den Austauscharm 301 um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn um die Drehachse und der Haken 301a wird in die Hakennut 410 (siehe 4) eines Werkzeuges 410A der ausgewählten Werkzeugeinheit 400S eingehakt und der Haken 301b wird in die Hakennut 412 eines Werkzeuges 410B der Spindelvorrichtung 108 eingehakt.
-
Anschließend, wie in 7 dargestellt, bewegt die Werkzeugaustauschvorrichtung 300 den Austauscharm 301 in der Z-Achsenrichtung (eine Vorne-Richtung), um jeweils das Werkzeug 410A aus dem Werkzeugtopf 420 der ausgewählten Werkzeugeinheit 400S und das Werkzeug 410B aus der Spindelvorrichtung 108 zu ziehen und dreht den Austauscharm 301 um 180° entgegen dem Uhrzeigersinn um die Drehachse. Dadurch wird das Werkzeug 410B zu der Austauschbereitschaftsposition PTc gedreht, das Werkzeug 410A wird zu der Austauschbereitschaftsposition PSc bewegt und das Werkzeug 410A wird mit dem Werkzeug 410B ausgetauscht.
-
Anschließend, wie in 6 und 7 dargestellt, bewegt die Austauschvorrichtung 300 den Austauscharm 301 in der Z-Achsenrichtung (eine Hinten-Richtung) um jeweils das Werkzeug 410B in die ausgewählte Werkzeugeinheit 400S und das Werkzeug 410A in die Spindelvorrichtung 108 einzupassen. Die Werkzeugaustauschvorrichtung 300 dreht den Austauscharm 301 um 90° (im Uhrzeigersinn um die Z-Achse) und beendet den Werkzeugaustausch.
-
[Zustand eines Befestigens eines Werkzeuges in dem Werkzeugmagazin der Werkzeugmaschine (Fig. 8)]
-
In 8 ist eine Werkzeugeinheit 400Z eine Werkzeugeinheit in einem Fall, in dem ein Befestigungsverfahren in dem verwandten Stand der Technik in einem Werkzeugmagazin Anwendung findet. Die Werkzeugeinheit 400 ist eine Werkzeugeinheit, in der ein Befestigungsverfahren entsprechend zu der Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung in einem Werkzeugmagazin Anwendung findet.
-
Mit dem Befestigungsverfahren des verwandten Standes der Technik kann die Breite einer Werkzeugmaschine nicht reduziert werden, da die Werkzeugeinheit 400Z sich in der X-Achsenrichtung des Unterbaus 101 in einer Länge ΔL erstreckt. Auf der anderen Seite kann in der vorliegenden Anmeldung die Breite der Werkzeugmaschine 1 reduziert werden und ein Bereich, der für die Anordnung der Werkzeugmaschine 1 benötigt wird, kann reduziert werden, da das Werkzeug 410Z der Werkzeugeinheit 400 nicht in der X-Achsenrichtung des Unterbaus 101 vorsteht.
-
[Werkzeugaustauschposition, Werkzeug und Werkzeugtopfwartungsposition (Figuren 9 und 10)]
-
Wie in 9 und 10 dargestellt, ist jeder Werkzeugtopf 420 (die Werkzeugeinheit 400), der in dem Werkzeugmagazin 210 angeordnet ist, so auf der Drehscheibe 211 vorgesehen, dass jede Werkzeugdrehachse, die eine Drehachse jedes Werkzeuges 410 ist, entlang einer Drehrichtung der Drehscheibe 211 geneigt ist, mit Bezug auf eine virtuelle Strahllinie, die ein Drehzentrum CP der Drehscheibe 211 mit einer Position des Werkzeugtopfes 420 verbindet, der auf der Drehscheibe 211 angeordnet ist. In 9 und 10 dreht das Werkzeugmagazin 210 im Uhrzeigersinn um die Drehzentrum CP, betrachtet aus einer Linksrichtung (die Richtung entgegen der X-Achsenrichtung). Zugunsten der Einfachheit der Beschreibung sind die Werkzeugaustauschvorrichtung 300 und dergleichen nicht dargestellt.
-
In der Drehscheibe 211 ist das Werkzeugeinsetzfenster WD an jeder Position vorgesehen, an der der Werkzeugtopf 420 (die Werkzeugeinheit 400) so angeordnet ist, dass sie mit dem Einsetzloch 421 jedes Werkzeugtopfes 420 verbunden ist (siehe 4 und 5). Der Anwender kann das Werkzeug 410 von dem Werkzeugtopf 420 über ein Einsetzen des Kopfendes des Werkzeuges TL von dem Werkzeugeinsetzfenster WD entfernen.
-
In der Werkzeugaustauschposition PA, dargestellt in 9, ist eine Werkzeugeinheit 400A auf der Drehscheibe 211 so vorgesehen, dass eine Werkzeugdrehachse TLa des Werkzeuges 410A in einem Winkel Δθ entlang einer Drehrichtung im Uhrzeigersinn der Drehscheibe 211 geneigt ist, mit Bezug auf eine virtuelle Strahllinie KJ, die das Drehzentrum CP der Drehscheibe 211 mit der Position des Werkzeugtopfes 420 verbindet, der auf der Drehscheibe 211 angeordnet ist.
-
In der Wartungsposition PB, die in 9 dargestellt ist, ist eine Werkzeugeinheit 400B so auf der Drehscheibe 211 vorgesehen, dass eine Werkzeugdrehachse TLb des Werkzeuges 410B um einen Winkel Δθ entlang einer Drehrichtung im Uhrzeigersinn der Drehscheibe 211 geneigt ist, mit Bezug auf die virtuelle Strahllinie KJ, die das Drehzentrum CP der Drehscheibe 211 mit einer Position des Werkzeugtopfes 420 verbindet, der an der Drehscheibe 211 angeordnet ist.
-
Der Winkel Δθ ist so bestimmt, dass jeweils an der Werkzeugaustauschposition PA und der Wartungsposition PB jede der Werkzeugdrehachsen PLa, PLb, die die Drehachse des Werkzeuges 410 ist, das von dem Werkzeugtopf 420 eingespannt wird, parallel ist zu einer Achse in der Z-Achsenrichtung. In dem Beispiel der vorliegenden Ausführungsform ist der Winkel Δθ zum Beispiel 15°. Da die Werkzeugdrehachse TLb parallel zu der Achse in der Z-Achsenrichtung an der Wartungsposition PB ist, fällt das Werkzeug 410 weniger wahrscheinlich herab, wenn das Werkzeug 410 aus dem Werkzeugtopf 420 entfernt wird.
-
In 10 ist eine Höhe h2 eine Höhe, in der die Werkzeugdrehachse TLb des Werkzeuges in einen Fall, in dem das Werkzeugmagazin 210 der vorliegenden Ausführungsform nicht eingesetzt wird, horizontal mit Bezug auf die Werkzeugmaschine 1 ist (eine Höhe einer horizontalen Linie HL, die durch das Drehzentrum CP der Drehscheibe 211 hindurchgeht (das Werkzeugmagazin 210)). Eine Höhe h1 ist eine Höhe, in der die Werkzeugdrehachse TLb des Werkzeuges in einem Fall, in das Werkzeugmagazin 210 der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, horizontal mit Bezug auf die Werkzeugmaschine 1 ist. Durch die Neigung um einen Winkel Δθ entlang der Drehrichtung im Uhrzeigersinn der Drehscheibe 211, kann die Werkzeugdrehachse PLb parallel zu der Achse in der Z-Achsenrichtung an der Wartungsposition PB sein. Wegen der Neigung der Werkzeugdrehachse kann die Höhe h1 so eingestellt werden, dass sie niedriger ist als die Höhe h2 (die Höhe h1 < der Höhe h2). Die Position des Werkzeugtopfes 420 in einer vertikalen Richtung die Werkzeugmaschine 1 kann unter die horizontale Linie geschoben werden, die durch das Drehzentrum CP der Drehscheibe 211 des Werkzeugmagazins 210 hindurchgeht. Wenn der Anwender einen Vorgang wie ein Austauschen oder ein Ausrichten des Werkzeugtopfes 420 oder des Werkzeuges 410 durchführt, kann dementsprechend die Position des Werkzeugtopfes 420, der betrieben werden soll (insbesondere eine Position des Werkzeugeinsetzfensters WD) als eine Position eingestellt werden, die geeignet für den Vorgang ist.
-
[Wirkung der vorliegenden Anmeldung]
-
Wie zuvor beschrieben, entsprechend der Werkzeugmaschine mit dem Werkzeugmagazin entsprechend der Erfindung der vorliegenden Offenbarung, kann die Breite der Werkzeugmaschine reduziert werden und der Platz, der für die Anordnung der Werkzeugmaschine benötigt wird, kann reduziert werden. Wenn das Werkzeugmagazin gedreht wird und eine Drehachsenrichtung des Werkzeuges, das von dem Werkzeugtopf eingespannt wird, parallel zu der horizontalen Richtung der Werkzeugmaschine ist, kann die Position des Werkzeugtopfes in der vertikalen Richtung der Werkzeugmaschine über oder unter die horizontale Linie geschaltet werden, die durch das Zentrum der Drehscheibe des Werkzeugmagazins hindurchgeht. Wenn ein Anwender einen Vorgang wie ein Austauschen oder ein Einstellen eines Werkzeugtopfes oder eines Werkzeuges durchführt, kann dementsprechend die Position des Werkzeugtopfes, der betrieben werden soll, auf eine Position eingestellt werden, die für den Vorgang geeignet ist.
-
Die Werkzeugmaschine mit Werkzeugmagazin entsprechend zu der vorliegenden Offenbarung ist nicht beschränkt auf die Gestaltung, den Aufbau und dergleichen, die in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben sind, und verschiedene Abänderungen, Ergänzungen und Streichungen können gemacht werden, ohne von dem Gültigkeitsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Insbesondere die Anzahl an Werkzeugtöpfen, die in dem Werkzeugmagazin angeordnet sind, ist nicht beschränkt auf die Anzahl, die in 9 und 10 dargestellt ist, und wird abhängig von dem Bearbeitungsvorgang einer Größe des Werkzeuges und dergleichen geändert.
-
Der Winkel Δθ entlang der Drehrichtung im Uhrzeigersinn der Drehscheibe 211, beschrieben in der vorliegenden Ausführungsform, ist ein Beispiel, aber ist nicht beschränkt darauf und kann geeignet ausgewählt werden.
-
Die Werkzeugmaschine 1, die in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben ist, veranschaulicht das Bearbeitungszentrum, aber ist nicht beschränkt darauf und kann auf eine Werkzeugmaschine angewandt werden, die ein automatisches Austauschen einer Vielzahl an Werkzeugen in einem Bearbeitungsvorgang benötigt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Werkzeugmaschine
- 101
- Unterbau
- 102
- Ständer
- 103
- Y-Achsenführungsschiene
- 104
- Z-Achsentisch
- 105
- Aufspanntisch
- 107
- Y-Achsenschlitten
- 108
- Spindelvorrichtung
- 108A
- Drehspindel
- 109
- X-Achsenführungsschiene
- 110
- Z-Achsenführungsschiene
- 111
- Kugelgewindespindel
- 200
- Indexiervorrichtung
- 201
- Stütztisch
- 202
- Motor mit Drehzahlminderer
- 210
- Werkzeugmagazin
- 211
- Drehtisch
- 212A
- obere Platte
- 212B
- untere Platte
- 300
- Werkzeugaustauschvorrichtung
- 301
- Austauscharm
- 301A, 301B
- Haken
- 302
- Armantriebsvorrichtung
- 303
- Führungsbauteil
- 303B
- obere Führung
- 303C
- untere Führung
- 304
- Topfhalter
- 304A
- Einkerbung
- 304B
- Haltegabel
- 304C
- untere Platte
- 305
- Topfgleitstück
- 305A
- Schraubenmutterplatte
- 305B
- Topfeinspannabschnitt
- 305C
- Vorsprung
- 306
- Motor
- 307
- Kugelgewindespindel
- 308
- Werkzeugtopfbewegungsvorrichtung
- 400, 400A, 400B
- Werkzeugeinheit
- 400S
- ausgewählte Werkzeugeinheit
- 410, 410A, 410B
- Werkzeug
- 411
- Bearbeitungsabschnitt
- 412
- Hakennut
- 413
- Flansch
- 414
- eingespannter Abschnitt
- 415
- Verriegelungsloch
- 420
- Werkzeugtopf
- 421
- Einsetzloch
- 422
- Einspannnut
- 423
- gehaltener Abschnitt
- 424
- eingespannter Topfabschnitt
- 426
- Werkzeughalteabschnitt
- 427
- Einspannloch
- BL
- Kugel
- BR
- Winkel
- CP
- Drehzentrum
- JK
- Scheibendrehachse
- KJ
- virtuelle Strahllinie
- PA
- Werkzeugaustauschposition
- PB
- Wartungsposition
- PTh
- Magazinhalteposition
- PSh
- Bearbeitungsposition
- PTc, PSc
- Austauschbereitschaftsposition
- RL
- Spindeldrehachse
- SGP
- Anschlag
- SPG1
- Blattfeder
- SPG2
- Druckfeder
- SPL
- Kolben
- TL
- Werkzeug
- M1
- Motor
- M2
- Motor
- M3
- Motor
- h1, h2
- Höhe
- WD
- Werkzeugeinsetzfenster
- 400Z
- Werkzeugeinheit
- 410Z
- Werkzeug
- Δθ
- Winkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
