-
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine. Ferner bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine mit einer solchen Werkzeugwechselvorrichtung versehene Werkzeugmaschine sowie auf ein Verfahren zum Werkzeugwechsel bei einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine. In beispielhaften Ausgestaltungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine sekundäre Werkzeugspindel, insbesondere eine Überkopfspindel, einer kombinierten Bearbeitungsmaschine, beispielsweiser einer Dreh- und Fräsmaschine (bzw. eines Dreh- und Fräs-Bearbeitungszentrums) mit horizontal orientierter Werkstückspindel.
-
Aus der
EP 3 907 038 A1 ist eine Werkzeugmaschine in Fahrständer-Bauweise bekannt, die ein als Kettenmagazin ausgebildetes Werkzeugmagazin aufweist, das gemeinsam mit einem Schlitten der primären Werkzeugspindel entlang des Maschinenbetts verfahrbar ist. Ein Werkzeugwechsel zwischen der Werkzeugspindel und dem Werkzeugmagazin erfolgt unter Nutzung eines Shuttles mit Doppelgreifer, das zwischen der Werkzeugspindel und dem Werkzeugmagazin verfahrbar ist. Ein direkter Werkzeugwechsel zwischen dem Werkzeugmagazin und der Werkzeugspindel ist nicht vorgesehen.
-
Aus der
EP 1 180 412 A2 ist eine kombinierte Bearbeitungsmaschine mit einem Schrägbett-Maschinengestell bekannt, mit einer ersten Werkstückspindel und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Werkstückspindel, wobei die erste Werkstückspindel und die zweite Werkstückspindel entlang einer horizontalen Werkstückachse rotierbar sind, mit einer oberen Bearbeitungseinheit, die entlang zweier translatorischer Achsen verfahrbar und um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, und mit einer unteren Bearbeitungseinheit, die entlang zweier translatorischer Achsen verfahrbar ist und einen Werkzeugrevolver mit mehreren Bearbeitungswerkzeugen trägt.
-
Kombinierte Werkzeugmaschinen eignen sich für komplexe Bearbeitungen, beispielsweise für eine kombinierte Dreh- und Fräsbearbeitung. Solche Werkzeugmaschinen können sich ferner für die Bearbeitung von Stangenmaterial, von Futterteilen und dergleichen, generell für die Bearbeitung von Werkstücken mit einer Rotationsachse eignen. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.
-
Es ist generell wünschenswert, für die Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine Vorrichtungen zum automatischen Werkzeugwechsel bereitzustellen. Hierbei müssen bauliche Gegebenheiten der Werkzeugmaschine berücksichtigt werden. Ferner sollte das übliche Anwendungsspektrum der Werkzeugmaschine und der dortigen Werkzeugspindeln berücksichtigt werden. Hierbei sollte gerade bei kombinierten Dreh- und Fräsmaschinen berücksichtigt werden, dass die Werkzeugspindeln je nach Bearbeitungsaufgabe verschiedenartige Werkzeuge tragen können. Dies betrifft beispielsweise Drehwerkzeuge, Fräswerkzeuge oder Bohrwerkzeuge. Dies kann gegebenenfalls sogar sogenannte Winkelköpfe (beispielsweise bekannt aus der
DE10 2006 046 502 A1 ) umfassen. Allgemein sind hiervon stehende (im Sinne von nicht angetriebene) Werkzeuge (beispielsweise Drehwerkzeuge und dergleichen) sowie angetriebene Werkzeuge (Bohrer, Fräser und dergleichen) umfasst.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine sowie eine mit einer solchen Werkzeugwechselvorrichtung versehene Werkzeugmaschine bereitzustellen, wobei einerseits eine definierte Anzahl von Werkzeugen vorgehalten werden kann und andererseits ein hinreichend schneller Werkzeugwechsel ermöglicht ist. Die Werkzeugwechselvorrichtung soll sich möglichst an gegebene Bauraumbedingungen der Werkzeugmaschine anpassen. Die Werkzeugwechselvorrichtung soll möglichst zur Aufnahme verschiedenartiger Werkzeuge geeignet sein, umfassend angetriebene Werkzeuge und nicht angetriebene Werkzeuge. Die Werkzeugwechselvorrichtung soll mit möglichst geringem Zusatzaufwand in die Werkzeugmaschine integriert werden. Ein Werkzeugwechsel soll mit überschaubarer zusätzlicher Handhabungstechnik vonstattengehen können. Schließlich soll im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ferner ein korrespondierendes Verfahren zum Wechseln eines Werkzeugs angegeben werden.
-
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine, die Folgendes aufweist:
- - ein an einem ersten Schlitten angeordnetes und gemeinsam mit dem ersten Schlitten entlang einer ersten translatorischen Achse relativ zu einem Maschinengestell verfahrbares Werkzeugmagazin mit einer Mehrzahl von Aufnahmeplätzen für Werkzeuge,
- - eine am ersten Schlitten angeordnete und entlang einer zweiten translatorischen Achse und einer dritten translatorischen Achse relativ zum ersten Schlitten verfahrbare Werkzeugspindel,
- wobei das Werkzeugmagazin relativ zum ersten Schlitten translatorisch entlang einer translatorischen Werkzeugmagazinachse verfahrbar ist, die parallel zu einer durch die erste Achse und die zweite Achse definierten Ebene orientiert ist, um einen gewählten Aufnahmeplatz in eine Transferposition zu bewegen, in der der gewählte Aufnahmeplatz für die Werkzeugspindel erreichbar ist, und
- wobei die Werkzeugspindel dazu ausgebildet ist, durch eine kombinierte Bewegung entlang der zweiten translatorischen Achse und der dritten translatorischen Achse ein Werkzeug von einem bestückten Aufnahmeplatz zu entnehmen oder ein Werkzeug an einen leeren Aufnahmeplatz zu übergeben.
-
Die Werkzeugwechselvorrichtung kann auch als Werkzeugspeicher- und Wechselvorrichtung bezeichnet werden. Das Werkzeugmagazin dient zur Bereitstellung einer Mehrzahl von Aufnahmeplätzen von Werkzeugen. Für den Werkzeugwechsel werden ohnehin schon vorhandene Bewegungsfreiheitsgrade der Werkzeugspindel genutzt. Zur Bereitstellung eines Aufnahmeplatzes ist idealerweise lediglich ein weiterer Bewegungsfreiheitsgrad (Werkzeugmagazinachse) erforderlich. Die Werkzeugspindel kann Werkzeuge unter Nutzung der ohnehin vorgesehenen Bewegungsfreiheitsgrade abholen oder ablegen. Das Werkstückmagazin und die Werkzeugspindel sind gemeinsam am ersten Schlitten angeordnet. Die Werkzeugspindel ist zusätzlich entlang zweier weiterer translatorischer Achsen relativ zum ersten Schlitten beweglich. Das Werkzeugmagazin ist zusätzlich entlang einer weiteren translatorischen Achse (Werkzeugmagazinachse) relativ zum ersten Schlitten beweglich. Auf diese Weise ergeben sich insgesamt drei zusätzliche Bewegungsachsen, über die die Bereitstellung der Aufnahmeplätze in einer Transferposition sowie die eigentliche Übergabe zwischen dem Werkzeugmagazin und der Werkzeugspindel vonstattengehen.
-
Die erste translatorische Achse, die zweite translatorische Achse und die dritte translatorische Achse sind in einer beispielhaften Ausgestaltung senkrecht zueinander orientiert. In einer beispielhaften Ausgestaltung definieren die erste Achse und die zweite Achse eine horizontal orientierte Ebene.
-
Insbesondere aus Veranschaulichungsgründen wird auf ein übliches X-Y-Z-Koordinatensystem verwiesen, ohne dass dies einschränkend zu verstehen ist. Beispielhaft ist die erste Achse parallel zur X-Achse orientiert. Beispielhaft ist die zweite Achse parallel zur Y-Achse orientiert. Beispielhafte ist die dritte Achse parallel zur Z-Achse orientiert. Die erste translatorische Achse der Werkzeugspindel kann folglich auch als (horizontale) X-Achse bezeichnet werden. Die zweite translatorische Achse der Wechselspindel kann folglich auch als (horizontale) Y-Achse bezeichnet werden. Die dritte translatorische Achse der Werkzeugspindel kann folglich auch als (vertikale) Z-Achse bezeichnet werden.
-
Das Werkzeugmagazin ist als mitfahrendes Werkzeugmagazin gestaltet und gemeinsam mit der Werkzeugspindel am ersten Schlitten aufgenommen und entlang der ersten Achse relativ zum Maschinengestell verfahrbar. Dies erhöht zwar in gewissem Maße die Trägheit, die bei der Bewegung entlang der ersten Achse überwunden werden muss. Jedoch beeinflusst dies nicht die Bewegung der Werkzeugspindel entlang der zweiten Achse und der dritten Achse.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung erfolgt der Werkzeugwechsel direkt zwischen der Werkzeugspindel und dem gewählten Aufnahmeplatz. Mit anderen Worten ist kein zwischengeschaltetes Shuttle bzw. kein zwischengeschalteter Greifer oder dergleichen vorgesehen. Die Werkzeugspindel kann ein Werkzeug direkt von einem gewählten Aufnahmeplatz entnehmen oder in einem gewählten Aufnahmeplatz absetzen. Hierfür ist keine zusätzliche Handhabungstechnik zur Übergabe des Werkzeugs erforderlich.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Transferposition in Bezug auf den ersten Schlitten eindeutig festgelegt. Die Transferposition ist derart gewählt, dass ein in der Transferposition angeordneter Aufnahmeplatz für die Werkzeugspindel entlang der zweiten Achse und der dritten Achse erreichbar ist. Die Transferposition für einen gewählten Aufnahmeplatz umfasst beispielhaft einen definierten Offset (entlang der ersten Achse bzw. der Werkzeugmagazinachse) gegenüber dem ersten Schlitten. Beispielhaft kann das Werkzeugmagazin den ersten Schlitten in Richtung auf die Werkzeugspindel übertragen, um dort einen gewählten Aufnahmeplatz in der Transferposition bereitzustellen. Dieser Offset wird beispielhaft durch einen gegebenen Abstand der Werkzeugspindel (bzw. von deren Spindelachse) vom ersten Schlitten definiert. Mit anderen Worten umfasst die Transferposition beispielhaft einen festen Offset des gewählten Aufnahmeplatzes entlang der ersten Achse in Bezug auf den ersten Schlitten.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Werkzeugmagazinachse parallel zur ersten Achse orientiert. Demgemäß erfolgt die Bewegung des ersten Schlittens und die Bewegung des Werkzeugmagazins entlang paralleler Richtungen. Mit anderen Worten ist die Bewegung des Werkzeugmagazins gemäß dieser Ausgestaltung der Bewegung des ersten Schlittens gleichgerichtet und überlagert. Es versteht sich, dass alternativ auch eine gegenüber der ersten Achse geneigte Werkzeugmagazinachse vorstellbar ist. Dies umfasst beispielsweise Neigungswinkel in einem Bereich von größer 0° und kleiner 90°, vorzugsweise in einem Bereich von größer 0° und kleiner 45°. Auch auf diese Weise können gewählte Aufnahmeplätze in der Transferposition bereitgestellt werden.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Werkzeugspindel eine Überkopfspindel. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Werkzeugspindel eine vertikal orientierte Überkopfspindel mit vertikaler Spindelachse, die zur Aufnahme (aufrecht) stehender Werkzeuge ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Werkzeugspindel beispielhaft zwischen dem Maschinengestell und dem Werkstück angeordnet, zumindest in einem Normalbetriebszustand.
-
Üblicherweise sind Werkzeuge bei vertikal orientierten Werkzeugspindeln „hängend“ orientiert. Dies hat Vorteile bei der Spanabführung, KSS-Abführung (Kühlschmiermittel-Abführung) und dergleichen. Es sind jedoch Werkzeugmaschinen bekannt, die zusätzlich eine einer solchen hängenden Werkzeugspindel in Bezug auf das Werkstück gegenüberliegende Werkzeugspindel bereitstellen. Beispielhaft wird die hängende Werkzeugspindel als primäre Werkzeugspindel und die (aufrecht) stehende Werkzeugspindel (Überkopfspindel) als sekundäre Werkzeugspindel genutzt. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.
-
Eine Überkopfspindel kann einen in der Transferposition bereitgestellten Aufnahmeplatz von unten erreichen und dort ein neues Werkzeug entnehmen oder ein benutztes Werkzeug absetzen. Ein vollständiger Wechsel zwischen einem zuvor benutzten Werkzeug und einem neuen Werkzeug erfordert zunächst die Bereitstellung eines leeren Aufnahmeplatzes im Werkzeugmagazin und danach die Bereitstellung eines bestückten Aufnahmeplatzes im Werkzeugmagazin. Dies erfolgt durch entsprechende Bewegung des Werkzeugmagazins entlang der Werkzeugmagazinachse.
-
In einer beispielhaften Ausgestaltung sitzt das Werkzeugmagazin auf einer Konsole auf einer Oberseite des ersten Schlittens, die insbesondere vom Gestell der Werkzeugmaschine abgewandt ist.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist das Werkzeug Bestandteil einer Werkzeugeinheit mit einer Basis mit einem Kegelabschnitt zur Befestigung an der Werkzeugspindel und mit einem mit der Basis gekoppelten Abdecktopf. Beispielhaft ist der Kegelabschnitt als Hohlschaftkegel (HSK) gestaltet. Beispielhaft ist der Abdecktopf an/in einer Handhabungsnut des Hohlschaftkegels festgelegt. Die Werkzeugeinheit kann ein stehendes (feststehendes, also nicht angetriebenes) Werkzeug, ein angetriebenes Werkzeug und gegebenenfalls einen Winkelkopf für ein angetriebenes Werkzeug umfassen.
-
Ein Winkelkopf ist beispielsweise als Winkelbohrkopf für ein Bohrwerkzeug gestaltet. Ein Winkelkopf stellt einen Winkelversatz (üblicherweise 90°, aber auch andere Winkel denkbar) zwischen der Spindelachse (im Ausführungsbeispiel vertikal orientiert) und der sich ergebenden Werkzeugachse bereit. Mit einem 90°-Winkelkopf lässt sich beispielsweise bei einer vertikalen Spindelachse zur Aufnahme des Kegelabschnitts der Werkzeugeinheit ein horizontal orientiertes Werkzeug bereitstellen. Auf diese Weise können auch bei einer vertikal orientierten Werkzeugspindel (ohne zusätzlichen Schwenkantrieb) stirnseitige Bohrungen und ähnliche Bearbeitungen vorgenommen werden.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist das Werkzeugmagazin zumindest eine sich parallel zur Werkzeugmagazinachse erstreckende Führungsschiene auf, die mit zumindest einer Schienenführung gekoppelt ist, die am ersten Schlitten angeordnet ist. Mit anderen Worten ist also die zumindest eine Führungsschiene am (beweglichen) Werkzeugmagazin festgelegt. Die zumindest eine der Führungsschiene zugeordnete Schienenführung (vgl. Reiter oder Sattel bei feststehenden Schienen) ist hingegen am ersten Schlitten angeordnet, der die Basis für die Bewegung des Werkzeugmagazins bildet. Wenn sich das Werkzeugmagazin relativ zum ersten Schlitten bewegt, bewegt sich auch die Führungsschiene relativ zur Schienenführung des ersten Schlittens. Diese Gestaltung bietet sich dann an, wenn der Verfahrweg des Werkzeugmagazins groß gegenüber den Abmessungen des ersten Schlittens in der ersten Richtung (X-Richtung) ist.
-
Es versteht sich, dass die Führung des Werkzeugmagazins zwei parallele Führungsschienen umfassen kann, die jeweils mit zumindest einer oder zwei Schienenführungen am ersten Schlitten gekoppelt sind.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind zwei vertikal voneinander beabstandete Führungsschienen vorgesehen, die insbesondere in einer gemeinsamen Vertikalebene angeordnet sind. Auf diese Weise kann der vertikale Abstand zwischen dem (verfahrbaren) Werkzeugmagazin und dem ersten Schlitten minimiert werden. Außerdem wird auf diese Weise die Zugänglichkeit der Aufnahmeplätze in der Transferposition von unten gewährleistet. Es versteht sich, dass die beiden voneinander vertikal beabstandeten Führungsschienen auch in einer gegenüber der Vertikalen geneigten Ebene angeordnet sein können. Es ist auch vorstellbar, die beiden voneinander vertikal beabstandeten Führungsschienen in einer horizontalen Ebene anzuordnen, jedoch bevorzugt nicht direkt zwischen den Aufnahmeplätzen des Werkzeugmagazins und der Werkzeugspindel, um die Zugänglichkeit zu gewährleisten.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist das Werkzeugmagazin während einer Bearbeitung eines Werkstücks mit der Werkzeugspindel in eine Rückzugsposition verfahren, wobei in der Rückzugsposition vorzugsweise ein der Werkzeugspindel zugewandtes Ende des Werkzeugmagazins aus einem Bewegungsbereich der Werkzeugspindel in Bezug auf den ersten Schlitten herausgefahren ist.
-
Damit die Werkzeugspindel bei der Bearbeitung den entlang der zweiten Achse und der dritten Achse gegebenen Bewegungsbereich vollständig ausnutzen kann, kann das Werkzeugmagazin aus dem Bewegungsbereich der Werkzeugspindel herausgefahren werden. Wenn kein Abschnitt des Werkzeugmagazins in der Transferposition angeordnet ist oder diese zumindest überlappt, kann sich die Werkzeugspindel frei bewegen.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist das Werkzeugmagazin vier oder mehr in einer Reihe angeordnete Aufnahmeplätze auf, wobei die Reihe insbesondere parallel zur Werkzeugmagazinachse orientiert ist. Beispielhaft weist das Werkzeugmagazin vier bis zehn in einer Reihe angeordnete Aufnahmeplätze auf. Zumindest weist das Werkzeugmagazin zwei oder mehr Aufnahmeplätze auf, die in Reihe hintereinander angeordnet sind. Die Aufnahmeplätze sind hinreichend groß, um verschiedenartige Werkzeugtypen beherbergen zu können.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind im Werkzeugmagazin häufiger genutzte Werkzeuge näher bei dem der Werkzeugspindel zugewandten Ende des Werkzeugmagazins angeordnet als seltener genutzte Werkzeuge. Auf diese Weise können Verfahrwege beim Werkzeugmagazin und damit Werkzeugwechselzeiten insgesamt reduziert werden.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist zumindest ein Aufnahmeplatz eine durch einen Aktuator betätigbare Verschlussklappe auf, wobei vorzugsweise jedem Aufnahmeplatz eine separate Verschlussklappe zugeordnet ist. Auf diese Weise wird die Verschmutzungsgefahr reduziert.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Verschlussklappe um eine parallel zur Werkzeugmagazinachse orientierte Achse weg von der Werkzeugspindel verschwenkbar, insbesondere um ein seitliches Einrücken oder Ausrücken des Werkzeugs zu erlauben. Gemäß dieser Ausgestaltung dient die Verschlussklappe nicht unbedingt darum, eine Unterseite des Werkzeugmagazins, die der Werkzeugspindel zugewandt ist, freizugeben. Die Verschlussklappe dient zumindest teilweise auch dazu, den Aufnahmeplatz an zumindest einer Seite für eine Bewegung entlang der zweiten Achse (Y-Richtung) seitlich zugänglich zu machen. Ein Transfer eines Werkzeugs zwischen der Werkzeugspindel und dem Aufnahmeplatz umfasst eine kombinierte Bewegung (üblicherweise Komponenten in X-Richtung und Z-Richtung). Der Aufnahmeplatz sollte also nicht nur von unten, sondern auch seitlich zugänglich sein.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist zumindest ein Aufnahmeplatz ein U-förmiges Aufnahmeprofil auf, dessen Öffnung für eine Bewegung parallel zur zweiten Achse (Y-Richtung) zugänglich ist, und wobei das U-förmige Aufnahmeprofil insbesondere eine übergroße Öffnung aufweist, deren Durchmesser größer als ein Durchmesser der Basis der Werkzeugeinheit ist. Es versteht sich, dass auch mehrere oder jeder der Aufnahmeplätze so gestaltet sein können.
-
Bei dem Durchmesser der Aufnahmenut handelt es sich beispielsweise um die lichte Weite für eine seitliche Einführöffnung der Aufnahmenut entlang der Y-Richtung. Eine übergroße Öffnung ist insbesondere größer als der Durchmesser einer üblicherweise bei der Basis vorgesehenen Handhabungsnut. Dies gilt insbesondere für übliche HSK-Geometrien. Auf diese Weise wird Platz gewonnen für einen Abdecktopf, der die Basis der Werkzeugeinheit umgibt. Auf diese Weise kann beispielsweise der Überkopf-Anordnung der Werkzeugspindel Rechnung getragen werden. Bei einem (aufrecht) stehenden Werkzeug, dessen Stirn nach oben zeigt, droht generell durch Spänefall und Ähnliches ein Eindringen von Verschmutzungen in die Schnittstelle zwischen Werkzeugspindel und Werkzeug. Daher kann es von Vorteil sein, zusätzliche Maßnahmen zur Abschirmung zu treffen. Diese Maßnahmen müssen bei der Gestaltung der Aufnahmeplätze im Werkzeugmagazin berücksichtigt werden.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist das Aufnahmeprofil an eine Handhabungsnut des Werkzeugs, insbesondere eine Handhabungsnut am Abdecktopf der Werkzeugeinheit, angepasst. Mit anderen Worten wird also das Werkzeug gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung im Werkzeugmagazin nicht direkt an der Handhabungsnut eines HSK-Schafts gesichert, sondern an der (durchmessergrößeren) Handhabungsnut des Abdecktopfes, der wiederum an der Handhabungsnut des HSK-Schafts gesichert ist.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist zumindest ein Aufnahmeplatz eine U-förmige Lagesicherungseinheit auf, die zumindest einen elastischen Halteschenkel aufweist. Auf diese Weise ergibt sich eine zumindest teilweise kraftschlüssige Lagesicherung für ein aufgenommenes Werkzeug. Sofern die elastischen Halteschenkel Vorsprünge aufweisen, die zumindest abschnittsweise in Vertiefungen am Werkzeug eingreifen, ist auch eine zumindest teilweise formschlüssige Lagesicherung möglich.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Werkzeugmaschine, die Folgendes aufweist:
- - ein Maschinengestell,
- - zumindest eine um eine horizontal orientiere Längsachse rotierbare Werkstückspindel mit einem Werkstückhalter,
- - eine erste Werkzeugspindel mit einem Werkzeughalter, wobei die erste Werkzeugspindel in einer Normalorientierung oberhalb der Längsachse angeordnet ist,
- - eine zweite Werkzeugspindel mit einem Werkzeughalter, wobei die zweite Werkzeugspindel in einer Normalorientierung unterhalb der Längsachse angeordnet ist, und
- - eine Werkzeugwechselvorrichtung gemäß zumindest einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen, die der zweiten Werkzeugspindel zugeordnet ist.
-
Bei der ersten Werkzeugspindel kann es sich insbesondere um eine primäre Werkzeugspindel handeln. Bei der zweiten Werkzeugspindel kann es sich insbesondere um eine sekundäre Werkzeugspindel handeln. Die erste Werkzeugspindel ist beispielhaft als hängende Werkzeugspindel gestaltet, die üblicherweise oberhalb des Werkstücks angeordnet ist. Die zweite Werkzeugspindel ist beispielsweise als (aufrecht) stehende Werkzeugspindel (Überkopfspindel) gestaltet, die üblicherweise unterhalb des Werkstücks angeordnet ist.
-
Bei der Normalorientierung handelt es sich beispielsweise um eine mittige Position der jeweiligen Werkzeugspindel entlang des jeweils gegebenen vertikalen (und ggfs. horizontalen) Verfahrweges.
-
Die Werkzeugmaschine ist beispielsweise als kombinierte Dreh- und Fräsmaschine gestaltet. Es versteht sich, dass die Werkzeugmaschine auch mit einer Werkzeugwechselvorrichtung für die erste Werkzeugspindel versehen sein kann.
-
Die stehende Orientierung der Werkzeugspindel bzw. die stehende Orientierung des von der Werkzeugspindel aufgenommenen Werkzeugs ist in diesem Kontext nicht dahingehend zu verstehen, dass die Werkzeugspindel bzw. das Werkzeug zwingend fixiert (unbeweglich) sind. Stattdessen ist die stehende Orientierung als aufrecht (nach oben gerichtete) stehende Orientierung zu verstehen, in Abgrenzung zu einer hängenden, nach unten gerichteten Orientierung.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Werkzeugwechsel bei einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine unter Nutzung einer Werkzeugwechselvorrichtung gemäß zumindest einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen, umfassend die folgenden Schritte:
- - Verfahren des Werkzeugmagazins entlang der Werkzeugmagazinachse relativ zum ersten Schlitten in die Transferposition für einen gewählten freien Aufnahmeplatz,
- - Verfahren der Werkzeugspindel entlang der zweiten translatorischen Achse und/oder der dritten translatorischen Achse, um durch eine kombinierte Bewegung entlang der zweiten translatorischen Achse und der dritten translatorischen Achse ein Werkzeug in einem leeren Aufnahmeplatz des Werkzeugmagazins abzusetzen,
- - Verfahren des Werkzeugmagazins entlang der Werkzeugmagazinachse relativ zum ersten Schlitten in die Transferposition für einen gewählten bestückten Aufnahmeplatz,
- - Verfahren der Werkzeugspindel entlang der zweiten translatorischen Achse und/oder der dritten translatorischen Achse, um durch eine kombinierte Bewegung entlang der zweiten translatorischen Achse und der dritten translatorischen Achse ein Werkzeug vom Werkzeugmagazin zu entnehmen, und
- - Verfahren des Werkzeugmagazins entlang der Werkzeugmagazinachse in eine Rückzugsposition, die eine Bearbeitung eines Werkstücks mit der Werkzeugspindel erlaubt.
-
Ein weiterer Schritt kann ein Verfahren der Werkzeugspindel in eine Bereitstellungsposition umfassen. In der Bereitstellungsposition wird sichergestellt, dass das Werkzeugmagazin bei der Bewegung entlang der Werkzeugmagazinachse nicht mit der Werkzeugspindel oder einem bereits in der Werkzeugspindel aufgenommenen Werkzeug kollidiert.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Offenbarung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
-
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine, die als kombinierte Dreh- und Fräsmaschine mit horizontaler Werkstückspindel gestaltet ist;
- 2 eine weitere perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine gemäß 1;
- 3: eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugwechselvorrichtung, die bei der Werkzeugmaschine gemäß den 1 und 2 verwendbar ist;
- 4: eine weitere, auf 3 basierende Ansicht der Werkzeugwechselvorrichtung, wobei ein Werkzeugmagazin gegenüber der Position in 3 verfahren ist;
- 5: eine perspektivische vergrößerte Teilansicht des Werkzeugmagazins gemäß den 3 und 4, in einem teilweise geöffneten Zustand;
- 6: eine auf den 3-5 basierende teilweise explodierte rückwärtige Ansicht der Werkzeugwechselvorrichtung;
- 7: eine gegenüber der Darstellung in 6 vergrößerte Detailansicht der Werkzeugwechselvorrichtung unter Auslassung eines Magazingehäuses, wobei die Ansichtsorientierung durch die Linie VII-VII in 6 veranschaulicht ist;
- 8: eine vergrößerte Teilansicht zur Veranschaulichung des Zusammenwirkens zwischen Werkzeugspindel und Werkzeug bei einem Werkzeugtransfer;
- 9: eine vergrößerte, teilweise geschnittene Ansicht einer Werkzeugeinheit mit Werkzeug; und
- 10: ein vereinfachtes Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Ausgestaltung eines Verfahrens zum Wechseln eines Werkzeugs einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine.
-
Die 1 und 2 veranschaulichen anhand perspektivischer Darstellungen die Grundstruktur einer insgesamt mit 10 bezeichnete Werkzeugmaschine. 1 und 2 zeigen jeweils eine Ansicht der Werkzeugmaschine 10 von der Vorderseite (Bedienerseite) her. Die Bezeichnung Vorderseite dient in erster Linie zur Veranschaulichung und ist nicht einschränkend zu verstehen.
-
In zumindest einigen der Figuren ist aus Veranschaulichungsgründen ein kartesisches Koordinatensystem X-Y-Z dargestellt. Das Koordinatensystem dient zur Veranschaulichung grundlegender Orientierungen und Bewegungsachsen der Werkzeugmaschine 10 sowie von deren Komponenten. Eine mit X bezeichnete Achse kennzeichnet allgemein eine Längserstreckung. Eine mit Y bezeichnete kennzeichnet allgemein eine Tiefenerstreckung. Im Ausführungsbeispiel definieren die Achsen X und Y gemeinsam eine Horizontalebene. Eine mit Z bezeichnete Achse kennzeichnet allgemein eine Höhenerstreckung. Das Koordinatensystem X-Y-Z dient in erster Linie zur Veranschaulichung und ist nicht ihn einschränkender Weise zu verstehen. Es versteht sich, dass auch andere Koordinatensysteme zur Beschreibung der Werkzeugmaschine 10 und deren Komponenten nutzbar sind. Der Fachmann kann entsprechende Transformationen vornehmen.
-
Die Werkzeugmaschine 10 weist ein Gestell 12 auf, das auch als Maschinengestell oder Maschinenbett bezeichnet werden kann. Das Gestell 12 trägt weitere Komponenten der Werkzeugmaschine 10 und stützt diese am Boden ab. Die Werkzeugmaschine 10 umfasst einen Arbeitsraum 14, in dem Werkstücke bearbeitet werden können, insbesondere durch spanabhebende Bearbeitung. Üblicherweise ist der Arbeitsraum 14 durch eine Einhausung (in den 1 und 2 nicht explizit gezeigt) von der Umgebung abgeschirmt. Ferner weisen Werkzeugmaschine 10 üblicherweise Steuereinheiten und dergleichen zur Steuerung der diversen Antriebe und sonstiger Funktionen auf.
-
Die Werkzeugmaschine 10 umfasst eine Werkstückspindel 20, die im Ausführungsbeispiel am Gestell 12 festgelegt ist. Die Werkstückspindel 20 trägt einen Werkstückhalter 22, der zur Aufnahme eines Werkstücks (nicht dargestellt) ausgebildet ist. Die Werkstückspindel 20 ist dazu ausgebildet, ein im Werkstückhalter 22 gehaltenes Werkstück um eine Längsachse 24 rotatorisch anzutreiben. Die Längsachse 24 ist im Ausführungsbeispiel horizontal orientiert und parallel zur X-Richtung. Die Werkstückspindel 20 kann auch als primäre Werkstückspindel 20 bezeichnet werden.
-
Im Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugmaschine 10 neben der Werkstückspindel 20 eine weitere, gegenüberliegende Werkstückspindel 30 auf. Die Werkstückspindel 30 kann auch als Gegenspindel bezeichnet werden. Die Werkstückspindel 30 weist einen Werkstückhalter 32 auf. Die Werkstückspindeln 20, 30 sind konzentrisch zueinander orientiert. Im Ausführungsbeispiel kann die Werkstückspindel 30 entlang des Gestells 12 in der X-Richtung relativ zur Werkstückspindel 20 verfahren werden (vgl. den Doppelpfeil 34). Die Werkstückspindeln 20, 30 können gemeinsam stangenartige Werkstücke aufnehmen und antreiben.
-
Es versteht sich, dass die Werkzeugmaschine 10 auch andere Konfigurationen aufweisen kann. Dies kann einen Reitstock statt einer Gegenspindel 30 umfassen. Ferner ist es auch vorstellbar, mit der Werkstückspindel 20 Werkstücke ohne zusätzliche Abstützung einseitig zu halten und zu führen, sofern das Längen-Durchmesser-Verhältnis nicht zu groß wird. Dies bietet sich beispielsweise für Flanschteile, Futterteile und dergleichen an. Zur Bearbeitung von stangenartigen Werkstücken kann die Werkzeugmaschine 10 mit einem Stangenlader gekoppelt werden. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.
-
Zur Bearbeitung der Werkstücke weist die Werkzeugmaschine 10 eine Werkzeugspindel 40 auf. Die Werkzeugspindel 40 umfasst einen Werkzeughalter 42 zur Aufnahme eines angetriebenen oder feststehenden Werkzeugs. Über eine entsprechende Kinematik ist die Werkzeugspindel 40 im Ausführungsbeispiel entlang dreier translatorischer Achsen 44, 46, 48 relativ zum Gestell 12 und folglich relativ zu einem eingespannten Werkstück verfahrbar. Die erste Achse 44 ist parallel zur X-Achse. Die zweite Achse 46 ist parallel zur Y-Achse. Die dritte Achse 48 ist parallel zur Z-Achse. Die erste Achse 44 und die zweite Achse 46 bilden eine Horizontalebene. Die dritte Achse 48 ist vertikal orientiert.
-
Im Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 weist die Werkzeugspindel 40 ferner einen Schwenkantrieb 50 auf, der Schwenkbewegungen um die zweite Achse 46 erlaubt. Eine solche Schwenkachse kann auch als B-Achse bezeichnet werden. Gleichwohl kann die Werkzeugspindel 40 als hängende Werkzeugspindel mit hängendem Werkzeug bezeichnet werden, zumindest in der in den 1 und 2 gezeigten Normalorientierung. In der Normalorientierung ist die Werkzeugspindel 40 oberhalb der Längsachse 24 angeordnet.
-
Zusätzlich zur Werkzeugspindel 40 weist die in den 1 und 2 gezeigte Werkzeugmaschine 10 eine weitere Werkzeugspindel 60 mit einem Werkzeughalter 62 auf. In der in den 1 und 2 gezeigten Normalorientierung ist die Werkzeugspindel 60 unterhalb der Längsachse 24 angeordnet. Die Werkzeugspindeln 40 und 60 sind in Bezug auf die Längsachse 24 einander gegenüberliegend angeordnet. In der Normalorientierung ist die Werkzeugspindel 60 unterhalb der Längsachse 24 angeordnet.
-
In beispielhaften Ausgestaltungen kann die Werkzeugspindel 60 als Überkopfspindel oder als (aufrecht) stehende Werkzeugspindel bezeichnet werden. In beispielhaften Ausgestaltungen dient die Werkzeugspindel 40 als primäre Werkzeugspindel. Demgemäß kann die Werkzeugspindel 60 als sekundäre Werkzeugspindel dienen. Es versteht sich, dass zumindest bei bestimmten Bearbeitungsaufgaben auch die Werkzeugspindel 60 primäre Funktionen übernehmen kann.
-
Die Werkzeugspindel 60 ist mittelbar über einen ersten Schlitten 70 entlang einer ersten Achse 80 relativ zum Gestell 12 verfahrbar. Der erste Schlitten 70 trägt einen relativ zum ersten Schlitten 70 entlang einer zweiten Achse 82 verfahrbaren zweiten Schlitten 72. Der zweite Schlitten 72 trägt einen relativ zum zweiten Schlitten 72 entlang einer dritten Achse 84 verfahrbaren dritten Schlitten 74. Am dritten Schlitten 74 ist die Werkzeugspindel 60 angeordnet. Die erste Achse 80 ist parallel zur X-Achse. Der erste Schlitten 70 kann auch als X-Schlitten bezeichnet werden. Die zweite Achse 82 ist parallel zur Y-Achse. Der zweite Schlitten 72 kann auch als Y-Schlitten bezeichnet werden. Die dritte Achse 84 ist parallel zur Z-Achse. Der dritte Schlitten 74 kann auch als Z-Schlitten bezeichnet werden.
-
Mit anderen Worten ist die Werkzeugspindel 60 in drei Achsen 80, 82, 84 relativ zum Gestell 12 und folglich relativ zu einem eingespannten Werkstück verfahrbar. In der Werkzeugaufnahme 62 kann die Werkzeugspindel 60 ein Werkzeug in einer aufrechten Position aufnehmen und bedarfsweise um eine Spindelachse antreiben. Die Werkzeugspindel 60 ist zur Aufnahme angetriebener Werkzeuge und nicht angetriebener (feststehender) Werkzeuge ausgebildet. Die Werkzeugspindel 60 kann auch sogenannte Winkelköpfe aufnehmen und beispielsweise auf Basis der vertikalen Orientierung der Werkzeugspindel 60 ein horizontal orientiertes Werkzeug bereitstellen.
-
In 2 veranschaulicht ein durch gestrichelte Linien gekennzeichneter Block 90 einen Bauraum, der bei der Werkzeugmaschine 10 grundsätzlich für ein Werkzeugmagazin für die (sekundäre) Werkzeugspindel 60 zur Verfügung steht. Der Block 90 ist im Ausführungsbeispiel der Werkstückspindel 30 benachbart. Da der erste Schlitten 70 relativ zum Gestell 12 entlang der ersten Achse 80 verfahrbar ist, kann ein dort verbautes Werkzeugmagazin gleichermaßen mit dem ersten Schlitten 70 verfahren werden. Da auch die Werkzeugspindel 60 mittelbar am ersten Schlitten 70 gelagert ist, verändert sich bei einer Bewegung des ersten Schlittens 70 entlang der ersten Achse 80 die Relativorientierung zwischen der Werkzeugspindel 60 und einem solchen Werkzeugmagazin zunächst einmal nicht. Solche Gestaltungen werden nachfolgend mit ergänzender Bezugnahme auf die 2-9 veranschaulicht.
-
3 veranschaulicht anhand einer perspektivischen Darstellung eine mit 100 bezeichnete Werkzeugwechselvorrichtung für die Werkzeugspindel 60. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung, ausgehend von einer (gedachten) Rückseite der Werkzeugmaschine 10. Die in 3 gezeigten Schlitten 70, 72, 74 sind gleichermaßen in den 1 und 2 gezeigt, vgl. auch das Koordinatensystem X-Y-Z.
-
Die Werkzeugwechselvorrichtung 100 umfasst ein Werkzeugmagazin 102, das den in 2 durch 90 angedeuteten Bauraum nutzen kann. Das Werkzeugmagazin 102 ist am ersten Schlitten 70 gelagert. Folglich ist das Werkzeugmagazin 102 gemeinsam mit dem ersten Schlitten 70 entlang der ersten Achse 80 relativ zum Gestell 12 (in 3 nicht gezeigt) verfahrbar.
-
Das Werkzeugmagazin 102 umfasst ein Magazingehäuse 104. Das Werkzeugmagazin 102 ist entlang einer Werkzeugmagazinachse 106 relativ zum ersten Schlitten 70 verfahrbar. Im Ausführungsbeispiel ist die Werkzeugmagazinachse 106 parallel zur ersten Achse 80. Auf diese Weise kann das Werkzeugmagazin 102 zwischen einer Rückzugsposition (vgl. etwa 3) und einer Transferposition (vgl. etwa 4) relativ zum ersten Schlitten 70 und folglich relativ zur Werkzeugspindel 60 verfahren werden.
-
In der Rückzugsposition ist das Werkzeugmagazin 102 aus dem Verfahrbereich der Werkzeugspindel 60 wegbewegt. Mit anderen Worten kann die Werkzeugspindel 60 für Bearbeitungszwecke und dergleichen frei bewegt werden, ohne dass es zu Kollisionen mit dem Werkzeugmagazin 102 kommt. In der Transferposition (4) ragt das Werkzeugmagazin 102 über den ersten Schlitten 70 in Richtung auf die Werkzeugspindel 60 hinaus, so dass ein Werkzeugtransfer zwischen dem Werkzeugmagazin 102 und der Werkstückspindel 60 ermöglicht ist. Dies wird nachfolgend näher veranschaulicht.
-
Das Magazingehäuse 104 weist ein in der Rückzugsposition der Werkzeugspindel 60 zugewandtes Ende 108 auf. Bei der Bewegung des Werkzeugmagazins 102 bewegt sich das Ende 108 entlang der Werkzeugmagazinachse 106, so dass das Werkzeugmagazin 102 zumindest abschnittsweise oberhalb des Werkzeughalters 62 der Werkzeugspindel 60 platzierbar ist. Wenn das Ende 108 hingegen in Richtung auf den ersten Schlitten 70 von der Werkzeugspindel 60 hinreichend entfernt ist, kann die Werkzeugspindel 60 entlang des ersten Schlittens 70 frei entlang der zweiten Achse 82 (zweiter Schlitten 72) und der dritten Achse 84 (dritter Schlitten 74) verfahren werden. Eine Kollision mit Werkzeugmagazin 102 droht dann nicht.
-
Das Werkzeugmagazin 102 sitzt auf einer Konsole 112, die am ersten Schlitten 70 festgelegt ist. Die Konsole 112 umfasst eine Bodenplatte 116, die zumindest in der Rückzugsposition gemäß 3 eine Unterseite (der Werkzeugspindel 60 zugewandte Seite) des Werkzeugmagazins 102 zumindest teilweise abdeckt. Auf diese Weise sind die Plätze im Werkzeugmagazin 102 von unten geschützt. Mit dem Bezugszeichen 118 ist in 3 eine Versorgungsleitung (Energiekette) bezeichnet, die unabhängig von der Position des Werkzeugmagazins 102 in Bezug auf den ersten Schlitten 70 eine Versorgung mit Medien (Signale, Energie, Fluide) gewährleistet. Die Versorgungsleitung 118 gleicht eine sich verändernde Relativposition zwischen dem Werkzeugmagazin 102 und der Konsole 112 aus.
-
In den 3 und 4 sind mit 120, 122, 124, 126 benachbarte Aufnahmeplätze angedeutet. Insgesamt weist das Werkzeugmagazin 102 im Ausführungsbeispiel sieben in Reihe angeordnete Aufnahmeplätze auf. In 3 in der Rückzugsposition sind die Aufnahmeplätze 120, 122, 124, 126 von unten durch die Bodenplatte 116 bedeckt. In 4 befindet sich das Werkzeugmagazin 102 in einer Transferposition für den Aufnahmeplatz 124. Der Aufnahmeplatz 124 befindet sich oberhalb des Werkzeughalters 62 der Werkzeugspindel 60 und vor der Bodenplatte 116. Durch entsprechende Bewegungen entlang der zweiten Achse 82 und der dritten Achse 84 kann die Werkzeugspindel 60 für einen Werkzeugwechsel den Aufnahmeplatz 124 anfahren.
-
Die Werkzeugspindel 60 umfasst einen Spindelkasten 130, der mit dem dritten Schlitten 74 gekoppelt ist bzw. diesen ausbildet. In dem anhand 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugspindel 60 einen exzentrisch versetzten Spindelantrieb 132 auf, der über ein Zugmittel (beispielsweise Zahnriemen) an die Werkzeugspindel 60 und deren Spindelachse ankoppelt.
-
In 4 ist ferner mit 140 eine Verschlussklappe des Aufnahmeplatzes 124 angedeutet. In einer beispielhaften Ausgestaltung weist jeder der Aufnahmeplätze 120, 122, 124, 126 des Werkzeugmagazins 102 eine individuell ansteuerbar Verschlussklappe 140 auf. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass nur der gegenwärtig benötigte Aufnahmeplatz 124 zugänglich wird. Die übrigen Aufnahmeplätze bleiben durch die jeweilige Verschlussklappe 140 (dann geschlossen) geschützt.
-
5 zeigt einen Zustand, in dem die Verschlussklappen 140 in der Aufnahmeplätze 120, 122 geöffnet sind. Dies wird jeweils durch einen Aktuator (beispielsweise Zylinder) 142 ermöglicht. Die Verschlussklappen 140 sind individuell ansteuerbar und können jeweils um eine Schwenkachse 144 verschwenkt werden, so dass die Aufnahmeplätze 120, 122, 124, 126 für einen Werkzeugwechsel seitlich zugänglich werden. Üblicherweise wird lediglich die Verschlussklappe 140 für den aktuell gewählten Aufnahmeplatz geöffnet. In 5 sind ferner die Verschlussklappen der Aufnahmeplätze 124, 126 aus Veranschaulichungsgründen ausgeblendet.
-
In 5 sind die Aufnahmeplätze 120, 122, 124 nicht mit einem Werkzeug bestückt. Im Aufnahmeplatz 126 sitzt ein Werkzeug. Ein gerade gewählter und in der Transferposition bereitgestellter Aufnahmeplatz 120, 122, 124, 126 weist einen offenen Boden 144 auf (nicht von der Bodenplatte 116), so dass Zugänglichkeit für die Werkzeugspindel 60 (4) gewährleistet ist. Die Aufnahmeplätze 120, 122, 124, 126 umfassen jeweils ein etwa U-förmiges Aufnahmeprofil 150 mit einer Öffnung 152 (Öffnungsdurchmesser). Ferner ist eine Lagesicherungseinheit 154 mit zwei federnden Halteschenkeln 156 vorgesehen, die ein Werkzeug seitlich umgreifen können. Auf diese Weise kann ein Werkzeug Kraft schlüssig und/oder formschlüssig im Aufnahmeprofil 150 der Aufnahmeplätze 120, 122, 124, 126 gesichert werden.
-
Vor dem Aufnahmeplatz 124 ist ein einer Werkzeugeinheit 160 zugeordnetes Werkzeug 162 angeordnet. Die Werkzeugeinheit 160 umfasst neben dem eigentlichen Werkzeug 162 (im Ausführungsbeispiel ein feststehendes Drehwerkzeug) einen Abdecktopf 164 mit einer umlaufenden Handhabungsnut 166. Die Handhabungsnut 166 und das Aufnahmeprofil 150 (Öffnungsdurchmesser 152) sind aneinander angepasst. Der Abdecktopf 164 deckt bei (aufrecht) stehendem (nach oben ragenden) Werkzeug 162 eine Schnittstelle zwischen Werkzeughalter 62 (einer Werkzeugspindel 60) und Werkzeug 162 ab. Auf diese Weise kann das Eindringen von Spänen und ähnlichen Verschmutzungen minimiert werden. Der Abdecktopf 164 dient ferner auch zur Handhabung. Die Handhabungsnut 166 erlaubt eine Aufnahme der Werkzeugeinheit 160 im (übergroßen) Aufnahmeprofil 150. Ein Werkzeugwechsel (Entnahme oder Ablage) umfasst eine kombinierte Bewegung, vgl. hierzu den Doppelpfeil 170, der parallel zur Y-Richtung (vgl. Achse 82) ist, und den Doppelpfeil 172, der parallel zur Z-Richtung (vgl. Achse 84) ist. Diese Bewegungen können durch die Achsen 82, 84 der Werkzeugspindel 60 bewerkstelligt werden, siehe 4. Daher ist für einen Werkzeugwechsel keine weitere Handhabungstechnik erforderlich.
-
Im Aufnahmeprofil 150 können feststehende Werkzeuge (Drehwerkzeuge), angetriebene Werkzeuge (Bohrer, Fräser) und gegebenenfalls auch Winkelköpfe aufgenommen werden. Die Aufnahmeplätze 120, 122, 124, 126 stellen einen entsprechenden Bauraum bereit.
-
6 zeigt eine rückwärtige Ansicht auf die Werkzeugwechselvorrichtung 100, wobei das Magazingehäuse 104 mit den Verschlussklappen 140 in einem vom Werkzeugmagazin 102 gelösten Zustand gezeigt ist. 7 zeigt eine hierzu gekippte Ansicht, wobei die Orientierung durch die Linie VII-VII in 6 angedeutet ist. Die Darstellung in 7 ist gegenüber der Darstellung in 6 vergrößert. Gemeinsam veranschaulichen 6 und 7 weitere konstruktive Details der Werkzeugwechselvorrichtung 100.
-
Das Werkzeugmagazin 102 umfasst einen Magazinträger 180 mit sich vertikal erstreckendem Querschnittsprofil, dessen Längserstreckung entlang der Werkzeugmaschinenachse 106 (X-Achse) erfolgt. Am Magazinträger 118 sind die Aufnahmeprofile 150 und die Lagesicherungseinheit 154 der Aufnahmeplätze 120, 122, 124, 126 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel trägt der Magazinträger 118 auf seiner von den Aufnahmeplätzen 120, 122, 124, 126 abgewandten Seite zwei vertikal zueinander versetzte Führungsschienen 182, vgl. auch 7. Die beiden Führungsschienen 182 sind jeweils in zwei Schienenführungen 188 geführt, die an einer Rückwand 186 der am ersten Schlitten 70 festgelegten Konsole 112 befestigt sind. Auf diese Weise kann das Werkzeugmagazin 102 mit einer Längserstreckung (entlang der X-Richtung), die deutlich größer als die Längserstreckung der Konsole 112 ist, entlang der Werkzeugmagazinachse 106 geführt und bewegt werden, um bedarfsweise einen der Aufnahmeplätze 120, 122, 124, 126 in die Transferposition (Zugänglichkeit für die Werkzeugspindel 60 mit dem Werkzeughalter 62) zu bringen.
-
Die Bewegung entlang der Werkzeugmagazinachse 106 wird durch einen Verfahrantrieb 192 bewirkt, der über ein Ritzel 194 auf eine am Magazinträger 180 festgelegte Zahnstange 196 einwirkt. Auf diese Weise kann der Magazinträger 180 und folglich das Werkzeugmagazin 102 relativ zur Konsole 112 entlang der Werkzeugmagazinachse 106 (X-Richtung) bewegt werden. Der Fahrantrieb 192 ist an der Konsole 112 gelagert.
-
8 veranschaulicht anhand einer vergrößerten Teilansicht das Zusammenwirken zwischen der Werkzeugspindel 60 und einem in der Transferposition angeordneten Aufnahmeplatz 122. Die Ansichtsorientierung von 8 entspricht im Ausführungsbeispiel derjenigen von 6 (jeweils rückwärtige Ansicht). Die Verschlussklappe 140 (in 8 nicht dargestellt) des Aufnahmeplatzes 122 ist geöffnet. Die Werkzeugspindel 60 mit dem Werkzeughalter 62 befindet sich in einer Annäherungsposition entlang der dritten translatorischen Achse 84 (Z-Richtung). Das Aufnahmeprofil 160 greift die Werkzeugeinheit 160 an der Handhabungsnut 166. Mit anderen Worten ist das Werkzeug 162 über den Abdecktopf 164 mittelbar am Aufnahmeprofil 150 aufgenommen. Die Lagesicherungseinheit 154 wirkt über die Halteschenkel 156 seitlich auf das Werkzeug 162 ein, um dieses im Aufnahmeprofil 150 zu fixieren. Bei konzentrischer Orientierung kann die Werkzeugspindel 60 mit dem Werkzeughalter 62 das gezeigte Werkzeug 162 durch eine Bewegung in Z-Richtung greifen und aufnehmen.
-
Im Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugspindel 60 beim Werkzeughalter 62 eine Spannhülse 200 auf, die bei montiertem Werkzeug 162 zumindest teilweise vom Abdecktopf 164 abgedeckt wird. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann die Spannhülse 200 aufgeweitet werden, um den Abdecktopf 164 an der Werkzeugspindel 60 zu fixieren. In einer beispielhaften Ausgestaltung bildet sich zwischen dem Abdecktopf 164 und der Spannhülse 200 zumindest eine Labyrinthdichtung aus. Auf diese Weise kann das Eindringen von Spänen und dergleichen in den Werkzeughalter 62 minimiert werden.
-
9 veranschaulicht eine beispielhafte Ausgestaltung einer Werkzeugeinheit 160 in zumindest teilweise geschnittener Darstellung. Das Werkzeug 162 ist ein Drehwerkzeug, also ein feststehendes (nicht angetriebenes) Werkzeug. Die Werkzeugeinheit 160 umfasst ferner eine Basis 204 mit einem Kegelabschnitt 206. Beispielhaft ist der Kegelabschnitt 206 als HSK-Aufnahme gestaltet. Die Basis 204 umfasst ferner eine Handhabungsnut 208, die beispielsweise als HSK-Handhabungsnut gestaltet ist. Insoweit entspricht die Basis 204 im Ausführungsbeispiel üblichen Gestaltungen von Werkzeugen. Zusätzlich ist jedoch der Abdecktopf 164 vorgesehen, der eine eigene Handhabungsnut 166 mit größerem Durchmesser aufweist. Der Abdecktopf 164 ist hier über eine Klemmeinheit 212 fest mit der Handhabungsnut 208 der Basis 204 verbunden. Im Ausführungsbeispiel umfasst die Klemmeinheit 212 einen Konus 214, der die Basis 204 und den Abdecktopf 164 gegeneinander spannt und damit fest miteinander verbindet.
-
Auf diese Weise kann bei einem konventionellen Werkzeug 162 mit konventionellem Kegelabschnitt 206, insbesondere bei einem Werkzeug mit HSK-Aufnahme, durch Hinzufügung des Abdecktopfes 164 eine verbesserte Eignung für Anwendung bei aufrechtstehender Werkzeugspindel 60 gewährleistet werden. Der Abdecktopf weist eine dem Werkzeughalter 62 zugewandte Öffnung 220 auf, die im montierten Zustand den Werkzeughalter 62 zumindest abschnittsweise abdeckt. Im Ausführungsbeispiel ist innerhalb der Öffnung 220 am dortigen Innenumfang ein Klemmabschnitt 222 vorgesehen, der ähnlich einer Bremstrommel mit der Spannhülse 200 des Werkzeughalters 62 zusammenwirken kann. Wenn die Spannhülse 200 radial aufgeweitet wird und am Klemmabschnitt 222 zur Anlage kommt, kann das Werkzeug 162 drehfest an der Werkzeugspindel 60 fixiert werden. Dies bietet sich insbesondere bei Drehwerkzeugen (feststehende Werkzeuge) und bei Winkelköpfen an.
-
10 veranschaulicht anhand eines schematischen Blockdiagramms eine beispielhafte Ausgestaltung eines Verfahrens zum Wechseln eines Werkzeugs bei einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Betrieb einer Werkzeugwechselvorrichtung 100 gemäß zumindest einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen. Das Verfahren startet im Ausführungsbeispiel bei einem Schritt S10.
-
Ein (optionaler) Schritt S12 umfasst ein Verfahren der Werkzeugspindel in eine Bereitstellungsposition. Die Bereitstellungsposition ist derart gewählt, dass bei einer nachgelagerten Bewegung des Werkzeugmagazins keine Kollision mit der Werkzeugspindel droht.
-
Ein Schritt S14 umfasst ein Verfahren des Werkzeugmagazins der Werkzeugwechselvorrichtung, um einen gewählten leeren Aufnahmeplatz in eine Transferposition zu bringen.
-
Ein Schritt S16 umfasst sodann ein Verfahren der Werkzeugspindel in der zweiten translatorischen Achse (Y-Achse) und/oder der dritten translatorischen Achse (Z-Achse), um durch eine kombinierte Bewegung mit horizontaler und vertikaler Komponenten ein benutztes Werkzeug im gewählten Aufnahmeplatz abzusetzen.
-
Ein Schritt S18 umfasst ein Verfahren des Werkzeugmagazins, um einen gewählten bestückten Aufnahmeplatz in die Transferposition zu bringen.
-
Ein Schritt S20 umfasst sodann ein Verfahren der Werkzeugspindel in der zweiten translatorischen Achse (Y-Achse) und/oder der dritten translatorischen Achse (Z-Achse), um durch eine kombinierte Bewegung mit horizontaler und vertikaler Komponenten ein gewünschtes Werkzeug vom gewählten Aufnahmeplatz zu übernehmen.
-
Ein Schritt S22 umfasst schließlich ein Verfahren des Werkzeugmagazins in eine Rückzugsposition, die eine Bearbeitung eines Werkstücks mit der Werkzeugspindel erlaubt. Auf diese Weise werden Kollisionen zwischen der Werkzeugspindel und dem Werkzeugmagazin vermieden.
-
Das Verfahren endet im Ausführungsbeispiel bei einem Schritt S28. Es versteht sich, dass das Verfahren auch Schritte umfassen kann, die ein Umsortieren von Werkzeugen im Werkzeugmagazin unter Nutzung der Werkzeugspindel umfassen.
-
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
-
- EP 3907038 A1 [0002]
- EP 1180412 A2 [0003]
- DE 102006046502 A1 [0005]
