DE102021134477B4

DE102021134477B4 - Werkzeugmaschine und Verfahren zur Bestückung und/oder Entstückung der Werkzeugmaschine mit einer Werkstückpalette

Info

Publication number: DE102021134477B4
Application number: DE102021134477.8A
Authority: DE
Inventors: Eric Seemaier; Gerhard Bauer
Original assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2041-12-24
Also published as: WO2023117546A1; DE102021134477A1

Abstract

Werkzeugmaschine (10), insbesondere zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, aufweisend:mindestens eine Werkstückpalette (11, 12) zur Aufnahme eines oder mehrerer Werkstücke;mindestens einen Werkstücktisch (13) mit einer Schwenkspannvorrichtung (14), die mindestens drei Spannklauen (28) mit einer an einer Oberseite (41) der Spannklaue (28) ausgebildeten, vorzugsweise ebenen, Auflagefläche (40) für eine Werkstückpalette (11, 12) aufweist und dazu eingerichtet ist, die Spannklauen (28) relativ zum Werkstücktisch (13) bis zu einer Ausstoßposition anzuheben und bis zu einer Verriegelungsposition abzusenken;eine Palettenwechselvorrichtung (15), die mindestens eine Greiferkupplung (16) zur Aufnahme und Abgabe der Werkstückpalette (11, 12) aufweist; undeine Palettenpositioniervorrichtung (17) mit mindestens einem Positionierbolzen (18) und einer Aufnahmeöffnung (19), wobei der Positionierbolzen (18) an dem Werkstücktisch (13) und die Aufnahmeöffnung (19) an der Werkstückpalette (11, 12) oder umgekehrt an einander zugewandten Seiten angeordnet sind;wobei der Positionierbolzen (18) und/oder die Aufnahmeöffnung (19) mindestens einen ersten Abschnitt (20, 51) aufweist, in welchem eine Differenz (D) zwischen Innendurchmesser (23) der Aufnahmeöffnung (19) und Außendurchmesser (22) des Positionierbolzens (18) größer als in einem zweiten Abschnitt (21, 52) ist, wobei die Abschnitte (20, 21, 51, 52) stufenlos aneinander anschließen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine insbesondere zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken, die eine Palettenwechselvorrichtung aufweist, und ein Verfahren zum Wechseln einer Werkstückpalette in einer solchen Werkzeugmaschine.
Werkzeugmaschinen mit Palettenwechseleinrichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt.
Beispielsweise wird in der US 7,621,031 B2 eine Palettenwechselvorrichtung mit einem Arm zur Aufnahme von Werkstückträgern beschrieben, der zwei Paare von Gabeln aufweist. Dies wird auch als H-förmiger Arm bezeichnet. Der Arm ist zur Aufnahme und Ablage von Werkstückträgern ausgebildet. Mit diesem Arm können gleichzeitig zwei Werkstückträger aufgenommen werden. Zur Aufnahme eines Werkstückträgers wird dieser derart auf die Gabeln des Arms aufgelegt, dass diese seitlich unterhalb dem Werkstückträger angeordnet sind. Da zwischen dem Arm und dem Werkstückträger keine feste Kupplung besteht, kann der Werkstückträger beim Absetzen auf einen Werkstücktisch durch mehrere auf der Oberseite des Werkstücktisches nach oben aufragende konische Elemente in eine gewünschte Position gebracht werden. Die Gabeln des Arms in einer solchen Palettenwechselvorrichtung nehmen jedoch in Relation zum Werkstückträger einen vergleichsweise großen Raum ein, sodass insbesondere in Werkzeugmaschinen mit begrenztem Raum für die Werkstückträgeraufnahme, beispielsweise in Werkzeugmaschinen, die eine Bearbeitung eines Werkstücks in fünf Achsrichtungen ermöglichen, eine kompaktere Palettenwechselvorrichtung notwendig ist.
Aus der DE 10 2016 116 086 A1 ist eine Palettenaufnahmevorrichtung bekannt, die für den Palettentransport einen Greifer vorsieht, der eine vertikale Bewegung und eine Drehbewegung um die Vertikalachse ausführen kann. Der Greifer weist zur Aufnahme der beiden Werkstückpaletten jeweils Greiferkupplungen auf, die an dem Greifer einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Den Greiferkupplungen sind an den Werkstückpaletten vorgesehene Anschlüsse zugeordnet, die mit den Greiferkupplungen in und außer Eingriff überführbar sind. Beim Ablegen der Werkstückpaletten bieten diese Greiferkupplungen jedoch nicht den für eine Positionierung mit konischen Elementen benötigten seitlichen Freiheitsgrad. Beim Ablegen der Werkstückpaletten kann es somit zu einem Verklemmen an etwaigen Indexierungselementen kommen, was sich nachteilig auf die Präzision, mit der die Werkstückpaletten auf dem Werkstücktisch positionierbar sind, auswirken kann. Durch ein Verklemmen kann es auch zu Funktionsstörungen kommen.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine mit einer kompakten Palettenwechselvorrichtung bereitzustellen, mit der eine präzise Positionierung des Werkstückträgers auf dem Werkstücktisch ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird mit der Werkzeugmaschine insbesondere zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken nach Anspruch 1 gelöst:
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist mindestens eine Werkstückpalette zur Aufnahme eines oder mehrerer Werkstücke, mindestens einen Werkstücktisch mit mindestens einer Schwenkvorrichtung, eine Palettenwechselvorrichtung mit mindestens einer Greiferkupplung und mindestens eine Palettenpositioniervorrichtung mit mindestens einem Positionierbolzen und einer Aufnahmeöffnung auf. Die Greiferkupplung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Werkstückpalette spielfrei zu halten.
Die mindestens eine Schwenkspannvorrichtung weist mindestens drei, vorzugsweise vier, Spannklauen auf, an deren Oberseite eine, insbesondere zumindest im Wesentlichen ebene, Auflagefläche für die Werkstückpalette ausgebildet ist, und ist dazu eingerichtet, die Spannklauen relativ zum Werkstücktisch bis zu einer Ausstoßposition anzuheben und bis zu einer Verriegelungsposition abzusenken. Der Positionierbolzen der Palettenpositioniervorrichtung ist an dem Werkstücktisch an einer der Werkstückpalette zugewandten Seite angeordnet, wobei die Aufnahmeöffnung der Palettenpositioniervorrichtung an der Werkstückpalette an einer dem Werkstücktisch zugewandten Seite angeordnet ist. Alternativ können auch der Positionierbolzen an der Werkstückpalette und die Aufnahmeöffnung an dem Werkstücktisch angeordnet sein. Der Positionierbolzen und/oder die Aufnahmeöffnung weisen mindestens einen ersten Abschnitt auf, in welchem eine Differenz zwischen Außendurchmesser des Positionierbolzens und Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung größer als in einem zweiten Abschnitt ist, wobei die beiden Abschnitte stufenlos aneinander anschließen.
Hierdurch wird eine präzise Positionierung und/oder Ausrichtung der Werkstückpalette auf dem Werkstücktisch unter Verwendung einer kompakten Palettenwechselvorrichtung, nämlich einer Vorrichtung mit einer Greiferkupplung, ermöglicht.
Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine liegt darin, dass die Werkstückpalette zunächst auf die Schwenkspannvorrichtung abgelegt werden kann, die sich in einer Ausstoßposition befindet, wodurch auf separate Aktoren zur Feinpositionierung der Werkstückpalette verzichtet werden kann. In dieser Ausstoßposition ist die Werkstückpalette mit einem gewissen Freiheitsgrad in horizontaler Richtung auf dem Werkstücktisch gelagert. Beim Absenken der Werkstückpalette durch die Schwenkspannvorrichtung in die Verriegelungsposition, wird die Werkstückpalette in die gewünschte Position geführt, indem der Positionierbolzen in die Aufnahmeöffnung eingeschoben wird. Der Positionierbolzen und/oder die Aufnahmeöffnung weist zwei unterschiedliche Abschnitte auf. Im ersten Abschnitt ist eine Differenz zwischen Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung und Außendurchmesser des Positionierbolzens größer als in dem zweiten Abschnitt. Insbesondere ist die Differenz im zweiten Abschnitt unabhängig von der Axialposition zumindest im Wesentlichen konstant. Der erste Abschnitt des Positionierbolzens bietet der Werkstückpalette einen gewissen Freiheitsgrad in horizontaler Richtung, wenn sich nur der erste Abschnitt des Positionierbolzens in der Aufnahmeöffnung befindet. Der zweite Abschnitt des Positionierbolzens weist hingegen einen zumindest im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser auf, wobei der erste Abschnitt in den zweiten Abschnitt stufenlos übergeht. In Einschubrichtung des Positionierbolzens in die Aufnahmeöffnung ist der erste Abschnitt vor dem zweiten Abschnitt angeordnet. Der Außendurchmesser des Positionierbolzens bildet für die Aufnahmeöffnung eine Führungsfläche, entlang derer die Aufnahmeöffnung in eine gewünschte Position beim Absenken geführt wird. Durch den stufenlosen Übergang zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt, kann ein Verklemmen des Positionierbolzens in der Aufnahmeöffnung verhindert werden. Der erste Abschnitt ist vorzugsweise in Einschubrichtung des Positionierbolzens in die Aufnahmeöffnung vor dem zweiten Abschnitt angeordnet.
Vorzugsweise ändert sich die Differenz in dem ersten Abschnitt in Abhängigkeit von der Axialposition und ist in einem zweiten Abschnitt zumindest im Wesentlichen konstant. Der zweite Abschnitt bildet für eine Innenfläche der Aufnahmeöffnung eine vertikale Auflagefläche, wodurch die Positionierung der Werkstückpalette verbessert werden kann.
Es wird bevorzugt, dass der zweite Abschnitt des Positionierbolzens zylindrisch ausgestaltet ist. Die Grundfläche des zylindrisch ausgestalteten ersten Abschnitts kann ein Kreis, eine Ellipse, ein Rechteck, ein Dreieck oder ein Polygon sein. Bevorzugt wird jedoch eine kreisförmige Grundfläche.
Insbesondere ist der erste Abschnitt des Positionierbolzens konusförmig ausgestaltet. Die Grundfläche des Konus kann entsprechend der Form des zweiten Abschnitts ein Kreis, eine Ellipse, ein Rechteck, ein Dreieck oder ein Polygon sein. Vorzugsweise bildet der erste Abschnitt des Positionierbolzens einen geraden Konus, also einen Konus, dessen Mittelachse orthogonal zur Grundfläche steht.
Alternativ kann der erste Abschnitt des Positionierbolzens halbkugelförmig oder halbelliptisch ausgestaltet sein. In diesem Fall ist die Grundfläche des zweiten Abschnitts ein Kreis bzw. eine Ellipse, sodass der erste Abschnitt stufenlos in den zweiten Abschnitt übergeht.
Es wird bevorzugt, dass im zweiten Abschnitt der Außendurchmesser des Positionierbolzens um einen zumindest im Wesentlichen konstanten Abweichungswert kleiner als der Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung ist. Dies verhindert ein Verklemmen der Aufnahmeöffnung beim Absenken der Werkstückpalette. Darüber hinaus erleichtert diese konstante Abweichung das Überführen der Werkstückpalette durch die Spannvorrichtung in eine Ausstoßposition. Vorzugsweise bildet der Positionierbolzen mit der Aufnahmeöffnung im zweiten Abschnitt eine Spielpassung.
Es wird bevorzugt, dass die Schwenkspannvorrichtung mindestens drei, vorzugsweise vier, Schwenkspanneinheiten mit jeweils einer Spannklaue aufweist, die in einer Axialrichtung zur Schwenkspanneinheit verschiebbar und in einer Umfangsrichtung zur Schwenkspanneinheit verdrehbar gelagert sind.
Vorzugsweise weisen die Schwenkspanneinheiten jeweils einen Grundkörper auf, an dessen Oberseite eine, insbesondere zumindest im Wesentlichen ebene, Auflagefläche ausgebildet ist.
Den Schwenkspanneinheiten sind vorzugsweise jeweils Öffnungen an der Unterseite der Werkstückpalette zugeordnet, wobei die Spannklauen in der Ausstoßposition durch die Öffnung hindurchführbar und in der Verriegelungsposition mit einem nach innen überstehenden Kragen der Öffnung in Eingriff bringbar sind. Die Öffnungen und die, vorzugsweise hammerkopfförmigen, Spannklauen haben in einer rechtwinklig zur Längsachse ausgerichteten Schnittebene jeweils eine nicht rotationssymmetrische Außenkontur. Die Spannklaue ist dabei dazu eingerichtet, in der Ausstoßposition durch die Öffnung der Werkstückpalette hindurchgeführt zu werden. In der Verriegelungsposition übergreift die Spannklaue zumindest einen Bereich der Werkstückpalette, der sich an die Öffnung anschließt um die Werkstückpalette gegen eine Grundfläche zu spannen.
Vorzugsweise werden die Spannklauen beim Absenken entlang einer Kurvenbahn in die Verriegelungsposition und beim Anheben entlang der Kurvenbahn in eine Ausstoßposition geführt. Die Kurvenbahn kann abschnittsweise in Axialrichtung und/oder in Umfangsrichtung verlaufen.
Es wird bevorzugt, dass die Greiferkupplung mindestens eine Rippe mit einer der Werkstückpalette zugewandten Anlagefläche aufweist, die mit einer Vertiefung eines Anschlusses der Werkstückpalette in Eingriff bringbar ist. Vorzugsweise weist die Greiferkupplung an einem distalen Ende eine, insbesondere von der Werkstückpalette zu der Rippe hin geneigte, Greiferauflagefläche auf, wodurch ein zum Auskuppeln der Greiferkupplung benötigter Bewegungshub der Palettenwechselvorrichtung verkleinert wird.
Es wird bevorzugt, dass die Werkzeugmaschine eine Steuereinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Schwenkspannvorrichtung und die Palettenwechselvorrichtung derart anzusteuern, dass die Spannklauen in eine Ausstoßposition und in eine Verriegelungsposition gebracht werden; eine Werkstückpalette, auf die in die Ausstoßposition gebrachten Spannklauen der Schwenkspannvorrichtung abgelegt und von ihnen abgenommen wird; und die Werkstückpalette an die Greiferkupplung an- und abgekuppelt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch ein Verfahren zur Bestückung und/oder Entstückung eines Werkzeugtisches einer Werkzeugmaschine nach der obigen Art mit einer Werkstückpalette nach Anspruch 14 gelöst:
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

- Anheben der Schwenkspannvorrichtung in die Ausstoßposition;
- Ablegen der an den Werkstücktisch zu spannenden Werkstückpalette auf die Schwenkspannvorrichtung mit einer Palettenwechselvorrichtung;
- Abkuppeln der Greiferkupplung der Palettenwechselvorrichtung von der Werkstückpalette; und
- Absenken und Festspannen der Werkstückpalette an dem Werkstücktisch mit der Schwenkspannvorrichtung,

Sämtliche Merkmale und Vorteile, die in Bezug auf die erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinen beschrieben wurden, sind ebenso auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner folgende Schritte:

- Freigeben der an den Werkstücktisch gespannten Werkstückpalette und Anheben der Werkstückpalette in die Ausstoßposition mit der Schwenkspannvorrichtung;
- Ankuppeln der Greiferkupplung der Palettenwechselvorrichtung an die Werkstückpalette;
- Bereitstellen einer weiteren an den Werkstücktisch zu spannenden Werkstückpalette;
- Durchführen der obigen Verfahrensschritte mit der weiteren Werkstückpalette.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Weiterbildungen oder Details der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen. Es zeigen:

1 eine schematische Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine;
2 eine schematische Detailansicht des Werkstücktisches mit einer Werkstückpalette, die von einem Greifer der Palettenwechselvorrichtung bereitgestellt wird;
3 eine schematische Detailansicht des Ausführungsbeispiels aus 2, in der die Werkstückpalette auf die Schwenkspannvorrichtung des Werkstücktisches abgelegt ist;
4 eine schematische Detailansicht des Ausführungsbeispiels aus den 2 und 3, in der die Werkstückpalette in eine Verriegelungsposition überführt ist;
5a eine schematische Detailansicht eines Beispiels der Palettenpositioniervorrichtung;
5b eine schematische Detailansicht eines weiteren Beispiels der Palettenpositioniervorrichtung;
5c eine schematische Detailansicht eines weiteren Beispiels der Palettenpositioniervorrichtung; und
5d eine schematische Detailansicht eines weiteren Beispiels der Palettenpositioniervorrichtung.

1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 10.
In 1 ist eine Art von Werkzeugmaschine dargestellt, wobei die Werkzeugmaschine jedoch für jede Art von Werkzeugmaschine 10 stehen kann, an der das erfindungsgemäße Konzept mit Werkstückpalette, Schwenkspannvorrichtung, Positioniervorrichtung und zugeordneten Palettenwechselvorrichtung verwirklicht werden kann.
Die Werkzeugmaschine 10 ist vorzugsweise eine zur spanenden Bearbeitung vorgesehene Werkzeugmaschine, beispielsweise in Gestalt des in 1 veranschaulichten Bearbeitungszentrums. Zu dem Bearbeitungszentrum als Werkzeugmaschine 10 gehört ein Maschinenbett 32, auf dem eine Arbeitsspindel 31 mit mehreren Antrieben in mindestens eine, vorzugsweise mehreren Richtungen verfahrbar angeordnet ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Arbeitsspindel 31 vertikal (entlang einer Y-Achse) und horizontal (entlang einer X-Achse) verfahrbar. Außerdem ist die Arbeitsspindel 31 mittels einer nicht weiter veranschaulichten Antriebseinrichtung um eine Z-Achse drehend angetrieben.
Werkzeuge, die bedarfsweise mit der Arbeitsspindel 31 verbunden werden, sind in einem Werkzeugmagazin 34 bereitgehalten und werden mittels einer Werkzeugwechselvorrichtung 33 von der Arbeitsspindel 31 in das Werkzeugmagazin 34 und von dem Werkzeugmagazin 34 in die Arbeitsspindel 31 überführt.
Zur Aufnahme von nicht weiter veranschaulichten Werkstücken dienen Werkstückpaletten 11, 12, auf denen die Werkstücke gespannt sind und die mit den Werkstücken zusammen den Bearbeitungsprozess durchlaufen.
Zur Aufnahme einer Werkstückpalette 11, 12 ist eine Palettenaufnahmevorrichtung 35 vorgesehen, die auf dem Maschinenbett 32 gelagert ist. In 1 ist beispielhaft die Werkstückpalette 12 in der Palettenaufnahmevorrichtung 35 aufgenommen.
Vorzugsweise ist die Palettenaufnahmevorrichtung 35 in mindestens eine Richtung beweglich ausgestaltet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Palettenaufnahmevorrichtung 35 in horizontaler Richtung, also in Richtung der Z-Achse, auf die Arbeitsspindel 31 hin und von dieser weg verschiebbar. Zusätzlich kann der die Werkstückpalette 12 aufnehmende Teil der Palettenaufnahmevorrichtung 35, nämlich der Werkstücktisch 13, um eine quer zur Z-Achse orientierte Achse drehbar sein, die in X-Richtung orientiert ist. Diese Achse wird als A-Achse bezeichnet. Außerdem kann die Palettenaufnahmevorrichtung 35 die Werkstückpalette 12 um eine Hochachse drehbar aufnehmen. Die Hochachse wird als B-Achse bezeichnet. Die Hochachse B ist zumindest im Wesentlichen orthogonal zur A-Achse orientiert.
Die Werkstückpalette 12 kann von der Palettenaufnahmevorrichtung 35 in Richtung der B-Achse abgehoben werden. Die Werkstückpalette 12 kann von der Palettenwechselvorrichtung 15 zu einem Bestückungsplatz 36 geführt werden. Den Bestückungsplatz 36 nimmt in 1 die Werkstückpalette 11 ein.
Für den Palettentransport ist die Palettenwechselvorrichtung 15 vorgesehen, die einen Greifer 37 aufweist, der eine Vertikalbewegung sowie eine Drehbewegung um die Vertikalachse ausführen kann. Der Greifer 37 weist zur Aufnahme der beiden Werkstückpaletten 11, 12 jeweils Greiferkupplungen 16 auf, die an dem Greifer 37 einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Den Greiferkupplungen 16 sind an den Werkstückpaletten 11, 12 vorgesehene Anschlüsse 38 zugeordnet, die mit den Greiferkupplungen 16 in und außer Eingriff bringbar sind. Die vorgesehenen Anschlüsse 38 sind an einer Unterseite der Werkstückpaletten 11, 12 in einem Randbereich angeordnet. Das Ankuppeln des Greifers 37 bzw. der Greiferkupplungen 16 an die Werkstückpaletten 11, 12 erfolgt, indem der Greifer 37 so nach oben bewegt wird, dass die Greiferkupplungen 16 in die Anschlüsse 38 einfahren.
Das Abkuppeln der Werkstückpaletten 11, 12 von dem Greifer 37 bzw. von den Greiferkupplungen 16 erfolgt, indem der Greifer 37 die Werkstückpalette 11, 12 so bewegt, dass die abzukuppelnde Werkstückpalette 11, 12 über dem Werkstücktisch 13 der Palettenaufnahmevorrichtung 35 angeordnet ist. Der Werkstücktisch 13 weist eine Schwenkspannvorrichtung 14 auf, die mindestens drei, vorzugsweise vier, Schwenkspanneinheiten 27 enthält. Die Schwenkspannvorrichtung 14 des Werkstücktisches 13 befindet sich bereits in einer Ausstoßposition. Der Greifer 37 wird nun so nach unten bewegt, dass die Greiferkupplungen 16 aus den Anschlüssen 38 ausfahren. Die Werkstückpalette 11, 12 liegt nun schwimmend auf der Schwenkspannvorrichtung 14 auf.
In dieser Ausstoßposition ist die Aufnahmeöffnung 19 der Palettenpositioniervorrichtung 17 derart über den Positionierbolzen 18 angeordnet, dass zumindest ein Mündungsbereich 39 der Aufnahmeöffnung 19 auf Höhe des ersten Abschnitts 20 des Positionierbolzens 18 angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, dass sich die Werkstückpalette 11, 12 beim Absenken der Werkstückpalette 11, 12 durch die Schwenkspannvorrichtung 14 von dem Positionierbolzen 18 in eine gewünschte Position bewegt bzw. geführt wird.
Beim Absenken der Schwenkspannvorrichtung 14 wird die Aufnahmeöffnung 19 auf dem Positionierbolzen 18 in Richtung des zweiten Abschnitts 21 geschoben. In der Verriegelungsposition werden die Spannklauen 28 der Schwenkspannvorrichtung 14 derart gedreht, dass diese sich in der Werkstückpalette 11, 12 verriegeln, wobei die Werkstückpalette 11, 12 auf den Auflageflächen 30 der Schwenkspannvorrichtung 14 aufliegt.
Die Werkzeugmaschine 10 aus 1 weist außerdem eine Steuereinrichtung 48 auf, die kommunikativ mit dem Werkstücktisch 13, der Schwenkspannvorrichtung 14 und der Palettenwechselvorrichtung 15 verbunden ist. Optional kann die Steuereinrichtung 48 auch mit weiteren Einrichtungen des Bearbeitungszentrums kommunikativ verbunden sein, beispielsweise der Arbeitsspindel 31 und deren Antriebseinrichtung, der Werkzeugwechselvorrichtung 33 und dem Werkzeugmagazin 34.
Die Steuereinrichtung 48 ist dazu eingerichtet, die Schwenkspannvorrichtung 14 in die Ausstoßposition anzuheben. Wenn die Schwenkspannvorrichtung 14 mehrere Schwenkspanneinheiten 27 enthält, kann die Steuereinrichtung 48 dazu eingerichtet sein, die Spannklauen 28 der Schwenkspanneinheit 27, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen synchron, in die Ausstoßposition anzuheben. Die Steuereinrichtung 48 kann außerdem dazu eingerichtet sein, die Palettenwechselvorrichtung 15 derart anzusteuern, dass diese die auf den Werkstücktisch 13 zu platzierende Werkstückpalette 11, 12, insbesondere auf die sich in der Ausstoßposition befindenden Spannklauen 28, ablegt. Die Steuereinrichtung 48 kann ferner dazu eingerichtet sein, die Palettenwechselvorrichtung 15 derart anzusteuern, dass sich der Greifer 37 in vertikaler Richtung nach unten bewegt und sich dadurch die Greiferkupplung 16 des Greifers 37 von der Werkstückpalette 11, 12 abkoppelt. Die Steuereinrichtung 48 kann außerdem dazu eingerichtet sein, die Spannvorrichtung derart anzusteuern, dass die Spannklauen 28 der Spanneinheiten 27 in die Verriegelungsposition gebracht werden, vorzugsweise indem die Spannklauen 28 abgesenkt und gedreht werden. Ferner kann die Steuereinrichtung 48 dazu eingerichtet sein, den Greifer 37 um seine Vertikalachse zu drehen.
In den 2 bis 4 ist eine schematische Detailansicht des Werkstücktisches 13 mit einer Werkstückpalette 11, die von einem Greifer 37 der Palettenwechselvorrichtung 15 bereitgestellt wird, abgebildet.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt des Werkstücktisches 13, der eine Schwenkspannvorrichtung 14 und eine Palettenpositioniervorrichtung 17 aufweist.
Die Schwenkspannvorrichtung 14 kann mindestens drei, vorzugsweise vier, Schwenkspanneinheiten 27 enthalten, die ein kippsicheres Platzieren der Werkstückpalette 11 auf der Schwenkspannvorrichtung 14 ermöglichen. In den 2 bis 4 ist jeweils nur eine Schwenkspanneinheit 27 abgebildet.
Die Schwenkspanneinheit 27 weist eine Spannklaue 28 auf, die mit einer ebenen Auflagefläche 40 an einer Oberseite 41 der Spannklaue 28 versehen ist. Auf der Auflagefläche 40 der Spannklaue 28 kann die Werkstückpalette 11 abgelegt werden. Die Schwenkspanneinheit 27 ist beispielsweise hydraulisch betätigbar. Dann ist die Spannklaue 28 über eine Kolbenstange 42 mit einem Kolben (nicht dargestellt) verbunden, der auf- und abbewegbar sowie drehbar gelagert ist. Ebenso kann die Schwenkspanneinheit 27 auch elektrisch betätigbar sein. Bei einer elektrischen Schwenkspanneinheit 27 kann die Spannklaue 28 mit mindestens einem elektrischen Motor auf- und abbewegt sowie gedreht werden. Die Schwenkspanneinheit 27 weist an ihrer Oberseite eine, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen ebene, Auflagefläche 30 auf, auf der eine Werkstückpalette 11, 12 in der Verriegelungsposition aufliegt. In 2 befindet sich die Spannklaue 28 der Schwenkspanneinheit 27 in einer Ausstoßposition.
Die Werkstückpalette 11 weist an ihrer Unterseite eine Öffnung 43 mit einem nach innen überstehenden Kragen 49 auf. Die Öffnung 43 ist derart an die Spannklaue 28 der Schwenkspanneinheit 27 angepasst, dass die Spannklaue 28 in der Ausstoßposition in die Öffnung 43 hinein passt. In der Öffnung 43 ist außerdem eine, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen ebene, Auflagefläche 44 ausgebildet, auf der die Auflagefläche 40 der Spannklaue 28 plan aufliegen kann, wenn die Werkstückpalette 11 auf der mindestens drei Schwenkspanneinheiten 27 enthaltende Schwenkspannvorrichtung 14 abgelegt ist. Der Kragen 49 der Öffnung 43 weist eine, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen ebene, Auflagefläche 25 der Werkstückpalette 11 auf. Die Auflagefläche 25 der Werkstückpalette 11 liegt auf der Auflagefläche 30 der Schwenkspannvorrichtung 14 an, wenn sich die Werkstückpalette 11 in der Verriegelungsposition befindet.
In den 2 bis 4 ist außerdem eine Palettenpositioniervorrichtung 17 abgebildet. Die Palettenpositioniervorrichtung 17 weist eine an einer Unterseite der Werkstückpalette angeordnete Aufnahmeöffnung 19 und einen an einer Oberseite des Werkzeugtisches 13 angeordneten Positionierbolzen 18 auf. Die Aufnahmeöffnung 19 ist in 2 in einer zumindest im Wesentlichen zylindrischen Aufnahmehülse 24 ausgebildet.
In 2 ist die Werkstückpalette 11 an einen Greifer 37 der Palettenwechselvorrichtung 15 angekuppelt. Der Greifer 37 weist eine Greiferkupplung 16 mit einer Rippe 29 auf. Die Rippe 29 der Greiferkupplung 16 ist in dem gezeigten angekuppelten Zustand in eine Vertiefung 45 des Anschlusses 38 im Randbereich der Unterseite der Werkstückpalette 11 eingeschoben. Die Greiferkupplung 16 weist außerdem eine (von der Werkstückpalette 11 weg in proximaler Richtung des Greifers 37) geneigte Greiferauflagefläche 26 auf, die im angekuppelten Zustand an einer entsprechend an die Greiferauflagefläche 26 angepasste Anschlussauflagefläche 46 der Werkstückpalette 11 anliegt. Außerdem weist die Greiferkupplung 16 an einer proximalen Seite der Rippe 29 eine Greiferkontaktfläche 47 auf, die im angekuppelten Zustand mit einer entsprechenden Anschlusskontaktfläche 50 in Kontakt steht.
Der Greifer 37 wird nun von der Palettenwechselvorrichtung in vertikaler Richtung nach unten abgesenkt, sodass die Auflageflächen 44 der Öffnungen 43 auf den Auflagefläche 40 der Spannklauen 28 plan aufliegen.
In 3 ist das Beispiel aus 2 im abgekuppelten Zustand abgebildet, in der sich die Rippe 29 der Greiferkupplung 16 außerhalb der Vertiefung 45 des Anschlusses 38 befindet und die Auflagefläche 44 der Öffnungen 43 auf der Auflagefläche 40 der Spannklaue 28 plan aufliegt. In dem abgebildeten Zustand befindet sich die Mündung der Aufnahmeöffnung 19 auf Höhe des ersten Abschnitts 20 des Positionierbolzens 18.
4 zeigt das Beispiel aus den 2 und 3, wobei sich die Spannklauen 28 in einer Verriegelungsposition befinden. In der Verriegelungsposition ist die Spannklaue 28 im Vergleich zur Ausstoßposition um einen bestimmten Winkel um eine Vertikalachse der Schwenkspanneinheit 27 gedreht und um eine Höhe abgesenkt. In 4 steht die Spannklaue 28 mit dem nach innen überstehenden Kragen 49 in Eingriff und spannt so die Werkstückpalette an dem Werkstücktisch 13 fest. Die Werkstückpalettenauflagefläche 25 liegt auf der Auflagefläche 30 plan an.
In 5a ist eine schematische Detailansicht eines Beispiels der Palettenpositioniervorrichtung 17 abgebildet. Die Palettenpositioniervorrichtung 17 weist einen Positionierbolzen 18 und eine Aufnahmeöffnung 19 auf. Der Positionierbolzen 18 steht entlang einer Mittelachse M hervor. Außerdem weist der Positionierbolzen 18 einen ersten Abschnitt 20 und einen zweiten Abschnitt 21 auf, die stufenlos aneinander angrenzen.
Der Außendurchmesser 22 des Positionierbolzens 18 ist im ersten Abschnitt 20 konisch und im zweiten Abschnitt 21 zylindrisch ausgestaltet. Der Außendurchmesser 22 des Positionierbolzens 18 ist um eine Differenz D kleiner als der Innendurchmesser 23 der Aufnahmeöffnung 19. Im ersten Abschnitt 20 des Positionierbolzens 18 nimmt die Differenz D stetig ab, während die Differenz D im zweiten Abschnitt 21 des Positionierbolzens 18 zumindest im Wesentlichen konstant ist. Der Außendurchmesser 22 ist im zweiten Abschnitt 21 vorzugsweise nur wenige Mikrometer größer als der Innendurchmesser 23, wodurch eine hohe Positioniergenauigkeit der Werkstückpalette 11 zum Werkstücktisch 13 sichergestellt wird.
In den 5b bis 5d sind schematische Detailansichten von weiteren Beispielen der Palettenpositioniervorrichtung 17 abgebildet. Für die weiteren Beispiele gilt die vorige Beschreibung unter Zugrundelegung der bereits eingeführten Bezugszeichen entsprechend. Ergänzend gilt: In 5b ist der erste Abschnitt 20 des Positionierbolzens 18 konisch mit abgerundeten Kanten. In 5c sind der erste Abschnitt 20 und der zweite Abschnitt 21 des Positionierbolzens 18 jeweils zylindrisch ausgestaltet, wobei zwischen dem ersten Abschnitt 20 und dem zweiten Abschnitt 21 ein Übergangsfalz ausgebildet ist. In 5d ist ein zylindrischer Positionierbolzen 18 abgebildet, wobei die Aufnahmeöffnung 19 einen ersten Abschnitt 51 und einen zweiten Abschnitt 52 aufweist. Der Innendurchmesser 23 der Aufnahmeöffnung 19 verjüngt sich im ersten Abschnitt 51, sodass die Differenz zwischen Innendurchmesser 23 der Aufnahmeöffnung 19 und Außendurchmesser 22 des Positionierbolzens im ersten Abschnitt 51 stetig kleiner wird. In dem ersten Abschnitt 52 bleibt der Innendurchmesser 23 der Aufnahmeöffnung 19 zumindest im Wesentlichen konstant. Somit bleibt auch die Differenz zwischen Innendurchmesser 23 und Außendurchmesser 22 konstant.
Es ist außerdem möglich, das Beispiel für die Aufnahmeöffnung 19 aus 5d, in welchem die Aufnahmeöffnung 19 einen ersten Abschnitt 51 und einen zweiten Abschnitt 52 aufweist, mit einem der Beispiele für den Positionierbolzen 18 aus den 5a bis 5c, in welchen der Positionierbolzen 18 einen ersten Abschnitt 20 und einen zweiten Abschnitt 21 aufweist, zu kombinieren.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 10 weist eine Palettenwechselvorrichtung 15 und eine Palettenpositioniervorrichtung 17 mit mindestens einem Positionierbolzen 18 und einer Aufnahmeöffnung 19 auf. Die Palettenwechselvorrichtung 15 weist mindestens eine Greiferkupplung 16 zur spielfreien Aufnahme und Abgabe einer Werkstückpalette 11, 12 auf, wobei der Positionierbolzen 18 mit der einer Aufnahmeöffnung 19 eine Führung für die Werkstückpaletten 11, 12 ausbilden, die die Werkstückpalette 11, 12 beim Absenken der Schwenkspannvorrichtung 14 in eine gewünschte Position führt.
Bezugszeichen:

10: Werkzeugmaschine
11: Werkstückpalette
12: weitere Werkstückpalette
13: Werkstücktisch
14: Schwenkspanneinrichtungen
15: Palettenwechselvorrichtung
16: Greiferkupplung
17: Palettenpositioniervorrichtung
18: Positionierbolzen
19: Aufnahmeöffnung
20: erster Abschnitt des Positionierbolzens
21: zweiter Abschnitt des Positionierbolzens
22: Außendurchmesser
23: Innendurchmesser
24: Aufnahmehülse
25: Auflagefläche der Werkstückpalette
26: Greiferauflagefläche
27: Schwenkspanneinheit
28: Spannklaue
29: Rippe
30: Auflagefläche
31: Arbeitsspindel
32: Maschinenbett
33: Werkzeugwechselvorrichtung
34: Werkzeugmagazin
35: Palettenaufnahmevorrichtung
36: Bestückungsplatz
37: Greifer
38: Anschlüsse an den Werkstückpaletten
39: Mündungsbereich der Aufnahmeöffnung
40: Auflagefläche der Schwenkeinheit
41: Oberseite der Spannklaue
42: Kolbenstange
43: Öffnung
44: Auflagefläche in der Öffnung
45: Vertiefung
46: Anschlussauflagefläche
47: Greiferkontaktfläche
48: Steuereinrichtung
49: Kragen
50: Anschlusskontaktfläche
51: erster Abschnitt der Aufnahmeöffnung
52: zweiter Abschnitt der Aufnahmeöffnung
M: Mittelachse
D: Differenz zwischen Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung und Außendurchmesser des Positionierbolzens

Claims

Werkzeugmaschine (10), insbesondere zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, aufweisend: mindestens eine Werkstückpalette (11, 12) zur Aufnahme eines oder mehrerer Werkstücke; mindestens einen Werkstücktisch (13) mit einer Schwenkspannvorrichtung (14), die mindestens drei Spannklauen (28) mit einer an einer Oberseite (41) der Spannklaue (28) ausgebildeten, vorzugsweise ebenen, Auflagefläche (40) für eine Werkstückpalette (11, 12) aufweist und dazu eingerichtet ist, die Spannklauen (28) relativ zum Werkstücktisch (13) bis zu einer Ausstoßposition anzuheben und bis zu einer Verriegelungsposition abzusenken; eine Palettenwechselvorrichtung (15), die mindestens eine Greiferkupplung (16) zur Aufnahme und Abgabe der Werkstückpalette (11, 12) aufweist; und eine Palettenpositioniervorrichtung (17) mit mindestens einem Positionierbolzen (18) und einer Aufnahmeöffnung (19), wobei der Positionierbolzen (18) an dem Werkstücktisch (13) und die Aufnahmeöffnung (19) an der Werkstückpalette (11, 12) oder umgekehrt an einander zugewandten Seiten angeordnet sind; wobei der Positionierbolzen (18) und/oder die Aufnahmeöffnung (19) mindestens einen ersten Abschnitt (20, 51) aufweist, in welchem eine Differenz (D) zwischen Innendurchmesser (23) der Aufnahmeöffnung (19) und Außendurchmesser (22) des Positionierbolzens (18) größer als in einem zweiten Abschnitt (21, 52) ist, wobei die Abschnitte (20, 21, 51, 52) stufenlos aneinander anschließen.
Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Differenz (D) in dem ersten Abschnitt (20, 51) in Abhängigkeit von der Axialposition ändert und in dem zweiten Abschnitt (21, 52) konstant ist.
Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (22) des Positionierbolzens zylindrisch ausgestaltet ist.
Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (20) des Positionierbolzens (18) konusförmig ausgestaltet ist.
Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Abschnitt (21) der Außendurchmesser (22) des Positionierbolzens (18) um einen konstanten Abweichungswert kleiner als der Innendurchmesser (23) der Aufnahmeöffnung (19) ist.
Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierbolzen (18) mit Aufnahmeöffnung (19) im zweiten Abschnitt (21) als eine Spielpassung ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkspannvorrichtung (14) mindestens drei Schwenkspanneinheiten (27) mit jeweils einer Spannklaue (28) aufweist, die in einer Axialrichtung zur Schwenkspanneinheit (27) verschiebbar und in einer Umfangsrichtung zur Schwenkspanneinheit (27) verdrehbar gelagert sind.
Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkspanneinheiten (27) jeweils einen Grundkörper aufweisen, an dessen Oberseite eine, vorzugsweise ebene, Auflagefläche (30) ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannklauen (28) beim Absenken entlang einer Kurvenbahn in eine Verriegelungsposition geführt werden und beim Anheben entlang der Kurvenbahn in eine Ausstoßposition geführt werden.
Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schwenkspanneinheit (27) an einer Unterseite der Werkstückpalette (11, 12) eine Öffnungen (43) zugeordnet ist, wobei die Spannklauen (28) in der Ausstoßposition durch die Öffnung (43) hindurchführbar und in der Verriegelungsposition mit einem nach innen überstehenden Kragen (49) der Öffnung (43) in Eingriff bringbar sind.
Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Greiferkupplung (16) mindestens eine Rippe (29), die mit einer Vertiefung (45) eines Anschlusses (38) der Werkstückpalette (11, 12) in Eingriff bringbar ist.
Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferkupplung (16) an einem distalen Ende eine, vorzugsweise von der Werkstückpalette (11, 12) zu der Rippe (29) hin geneigte, Greiferauflagefläche (26) aufweist.
Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (48), die dazu eingerichtet ist, die Schwenkspannvorrichtung (14) und die Palettenwechselvorrichtung (15) derart anzusteuern, dass - die Spannklauen (28) in eine Ausstoßposition und in eine Verriegelungsposition gebracht werden; - eine Werkstückpalette (11, 12) auf die in die Ausstoßposition gebrachten Spannklauen (28) der Schwenkspannvorrichtung (14) abgelegt und von ihnen abgenommen wird; und - die Werkstückpalette (11, 12) an die Greiferkupplung (16) an- und abgekuppelt wird.
Verfahren zur Bestückung und/oder Entstückung eines Werkzeugtisches (13) einer Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Werkstückpalette (11, 12), umfassend: - Anheben der Schwenkspannvorrichtung (14) in die Ausstoßposition; - Ablegen der an den Werkstücktisch zu spannenden Werkstückpalette (11) auf die Schwenkspannvorrichtung (14) mit einer Palettenwechselvorrichtung (15); - Abkuppeln der Greiferkupplung (16) der Palettenwechselvorrichtung (15) von der Werkstückpalette (11); und - Absenken und Festspannen der Werkstückpalette (11) an dem Werkstücktisch mit der Schwenkspannvorrichtung (14), wobei die Werkstückpalette (11) beim Absenken von der Palettenpositioniervorrichtung (17) in eine gewünschte Position geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: - Freigeben der an den Werkstücktisch (13) gespannten Werkstückpalette (11) und Anheben der Werkstückpalette (11) in die Ausstoßposition mit der Schwenkspannvorrichtung (14); - Ankuppeln der Greiferkupplung (16) der Palettenwechselvorrichtung (15) an die Werkstückpalette (11) ; - Bereitstellen einer weiteren an den Werkstücktisch (13) zu spannenden Werkstückpalette (12); - Durchführen der Verfahrensschritte nach Anspruch 14 mit der weiteren Werkstückpalette (12).