DE102022134568A1

DE102022134568A1 - Regalmagazin mit Rüsteinheit

Info

Publication number: DE102022134568A1
Application number: DE102022134568.8A
Authority: DE
Inventors: Jochen Kern; Lars Kant; Thomas Haussmann; Jan Langer
Original assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2022-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2024-06-27

Abstract

Das erfindungsgemäße Werkzeug-Regalmagazin (11) ist für eine Werkzeugmaschine (10) zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Werkstücken aus Metall vorgesehen. Das Regalmagazin (11) weist eine Werkzeugaufnahmeeinrichtung (15) auf, zu der eine Rüsteinheit (16) gehört. Diese ist in einen in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (15) vorgesehenen Aufnahmeraum (17) einführbar und aus diesem herausführbar. Entlang der Werkzeugaufnahmeeinrichtung einschließlich der Rüsteinheit (16) ist eine Ladergasse (22) mit einem beweglichen Lader (23) vorgesehen. Indem zwischen der Rüsteinheit (16) und dem Aufnahmeraum (17) eine Trenneinrichtung (24) vorgesehen ist, kann die Werkzeugmaschine (10) unabhängig von der Position der Rüsteinheit (16) betrieben werden. So ist ein hauptzeitparalleles Rüsten möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeugmagazin in Gestalt eines Regalmagazins mit Rüsteinheit. Das Regalmagazin ist für eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere in der Metallbearbeitung vorgesehen.
Werkzeugmaschinen sind häufig mit Werkzeugmagazinen verknüpft, in denen Werkzeuge in größerer Anzahl bereitgehalten werden. Die verschiedenen Werkzeuge werden dabei typischerweise in Werkzeughaltern mit standardisierter Schnittstelle bereitgehalten, um während des Verlaufs der Bearbeitung von Werkstücken automatisiert ein- und ausgewechselt werden zu können. Die Werkzeugmaschine gestattet im Zusammenspiel mit dem Werkzeugmagazin und einem Werkzeugwechsler eine automatisierte Bearbeitung von Werkstücken.
Die EP 2 251 138 B1 offenbart ein Werkzeugmagazin mit einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung und einem dieser zugeordneten Lader. Der Lader dient dazu, die Werkzeuge aus ihrer Lagerposition im Magazin in eine Übernahmeposition zu überführen, in der ein herkömmlicher zweigabliger Werkzeugwechsler mit horizontaler Drehachse das Werkzeug übernimmt, um es zu einer Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine oder von dieser zu dem Lader zu überführen. Der Lader ist dabei dazu eingerichtet, eine quer zur Drehachse des Werkzeugwechslers orientierte horizontale Bewegung in X-Richtung und zusätzlich eine Bewegung in der vertikalen Y-Richtung auszuführen. Außerdem enthält der Lader einen Teleskopantrieb, um das Werkzeug in einer rechtwinklig zu den beiden vorgenannten Richtungen orientierten horizontalen Z-Richtung zu bewegen. Die Werkzeuge sind mit ihren Mittelachsen ebenfalls in der zur Drehrichtung des Werkzeugwechslers parallelen Z-Richtung orientiert.
Aus der EP 3 061 562 B1 ist eine mit einem Werkzeugmagazin verkettete Werkzeugmaschine mit einer in Vertikalrichtung überführbaren Arbeitsspindel bekannt. Der Werkzeugwechsler weist hier eine vertikale Drehachse auf. Das Werkzeugmagazin nimmt alle Werkzeuge hängend mit vertikaler Mittelachse auf. Zur Überführung der Werkzeuge aus dem Magazin in den Werkzeugwechsler und zurück ist ein zweiachsiger Lader vorgesehen. Dieser weist einen Schlitten auf, der in Vertikalrichtung Y und in Längsrichtung Z bewegbar ist. Der Schlitten trägt einen Schwenkarm, der um die Vertikalachse schwenkbar ist und an seinem freien Ende eine Aufnahme für Werkzeughalter aufweist.
Auch die DE 10 2011 088 055 A1 offenbart eine mit einem Werkzeugmagazin verkettete Werkzeugmaschine. Das Werkzeugmagazin weist ein Werkzeugregal mit liegend angeordneten Werkzeugen und ergänzend mit hängend orientierten Werkzeugen auf. Dem Werkzeugregal ist ein Werkzeugkarussell mit horizontaler Drehachse zugeordnet, wobei ein Lader dafür eingerichtet ist, die Werkzeuge aus dem Werkzeugregal in das Werkzeugkarussell und zurück zu überführen. Zur Übergabe der Werkzeuge zwischen dem Werkzeugkarussell und der Werkzeugmaschine ist ein üblicher Werkzeugwechsler mit zwei Aufnahmegabeln vorgesehen.
Ein Werkzeugmagazin muss häufig neu gerüstet werden, das heißt, Werkzeuge müssen dem Werkzeugmagazin entnommen oder diesem zugeführt werden. Der Grund hierfür liegt beispielsweise in einem Wechsel des zu bearbeitenden Werkstücktyps, wozu meist andersartige Werkzeuge benötigt werden. Die Werkzeuge des Werkzeugmagazins bedürfen allerdings auch von Zeit zu Zeit der Wartung. Verschlissene Werkzeuge gilt es zu ersetzen, wieder herzurichten oder zu reparieren. Außerdem müssen die Werkzeuge häufig voreingestellt werden. Dazu gehört zum Beispiel die Vermessung und/oder Justierung der Position eines Werkzeugs in dem zugeordneten Werkzeughalter.
Zum Rüsten der Werkzeuge des Werkzeugmagazins ist Zugang zu den Werkzeugen nötig. Dazu muss aber die Werkzeugautomatisierung, die alle bewegenden Teile des Werkzeugmagazins umfassen kann, wie beispielsweise einen Lader oder andere Werkzeugtransportvorrichtungen, stillgesetzt werden. Dies kann den Betrieb der Werkzeugmaschine ganz erheblich behindern und für längere Zeit unterbrechen.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Konzept anzugeben, mit dem sich das Werkzeugmagazin rüsten lässt, wobei dennoch unterbrechungsfreier Betrieb der Werkzeugmaschine ermöglicht werden soll.
Diese Aufgabe wird mit dem Regalmagazin nach Anspruch 1 gelöst:
Das erfindungsgemäße Werkzeug-Regalmagazin weist eine erste, vorzugsweise stationäre, d.h. ortsunveränderliche, Werkzeugaufnahmeeinrichtung auf, in der die Werkzeuge vorzugsweise liegend in einer ersten Richtung X orientiert sind. Diese erste Richtung X ist vorzugsweise quer zu einer horizontalen Arbeitsspindel einer neben dem Werkzeug-Regalmagazin aufzustellenden Werkzeugmaschine orientiert und somit auch quer zu einer Drehachse eines üblichen Werkzeugwechslers. Die liegend orientierten Werkzeuge können gegen die Horizontale leicht geneigt oder auch im Wesentlichen exakt horizontal ausgerichtet sein. Vorzugsweise weisen die Werkzeuge mit ihren Spitzen von einer Ladergasse weg, in welcher sich ein Lader zwischen der Werkzeugaufnahmeeinrichtung und einer Werkzeugmaschine in Horizontalrichtung und gegebenenfalls auch in Vertikalrichtung bewegen kann.
Zu dem Werkzeug-Regalmagazin gehört weiter eine mobile Rüsteinheit, die in einen in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung vorgesehenen Aufnahmeraum einführbar und aus diesem herausführbar und von dem Regalmagazin entfernbar ist. Ist die Rüsteinheit von dem Regalmagazin getrennt, kann sie auf unbestimmtem Weg an einen unbestimmten Ort bewegt werden. Ist die Rüsteinheit in dem Aufnahmeraum angeordnet, sind die Werkzeuge dort vorzugsweise in übereinstimmender Orientierung mit den Werkzeugen der übrigen Werkzeugaufnahmeeinrichtung gehalten.
Zwischen der Ladergasse und dem Aufnahmeraum ist eine Trenneinrichtung vorgesehen. In einem ersten Zustand sperrt die Trenneinrichtung den Durchgang zwischen dem Aufnahmeraum und der Ladergasse mechanisch und verhindert somit, falls sich die Rüsteinheit nicht im Aufnahmeraum befindet, den Zutritt von Personen zu der Ladergasse. Außerdem ist die Trenneinrichtung dazu eingerichtet, den Auswurf von Spänen oder Bruchstücken durch den Aufnahmeraum nach außen zu verhindern solange die Trenneinrichtung geschlossen ist.
Mit diesem Konzept wird es möglich, Werkzeuge in der Rüsteinheit bereitzustellen, die in das Regalmagazin zu übernehmen sind. Es können ein oder mehrere Rüsteinheiten mit Werkzeugen vorgerüstet, bereitgestellt und dann bedarfsweise in den Aufnahmeraum des Regalmagazins eingesetzt werden. Nach vollständigem Öffnen der Trenneinrichtung sind die Werkzeuge der Rüsteinheit dann für den Lader zugänglich und können entweder direkt in die Werkzeugmaschine übergeben oder in das übrige Regalmagazin ein- und umsortiert werden. Genau so können auch verbrauchte Werkzeuge aus der Werkzeugmaschine oder dem Regalmagazin in die Rüsteinheit überführt werden. Nach vollständigem Schließen der Trenneinrichtung kann die Rüsteinheit aus dem Regalmagazin entnommen und zu einem Rüstplatz geführt werden. Eine Betriebsunterbrechung der Werkzeugmaschine ist dazu nicht erforderlich.
Es kann eine Sperreinrichtung vorgesehen sein, die erst nach dem vollständigen Schließen der Trenneinrichtung das Herausführen der Rüsteinheit aus dem Aufnahmeraum gestattet. Dabei kann die Sperreinrichtung in einem Zwischenraum zwischen dem Aufnahmeraum und der Ladergasse angeordnet sein. Alternativ kann die Sperreinrichtung auch in dem Aufnahmeraum angeordnet sein. In diesem Fall kann sie erst schließen, wenn die Rüsteinheit wenigstens ein Stück weit aus dem Aufnahmeraum herausgeführt ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn die Sperreinrichtung einschließlich ihrer Steuerung darauf eingerichtet ist, das vollständige Herausführen der Rüsteinheit aus dem Aufnahmeraum wenigstens so lange zu sperren, wie die Sperreinrichtung nicht vollständig geschlossen ist.
Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung weist an Werkzeughalter angepasste erste Werkzeughalter-Aufnahmemittel auf. Solche Werkzeughalter-Aufnahmemittel sind vorzugsweise auch an der Rüsteinheit vorgesehen. Der Lader kann dann die Rüsteinheit bei offener Trenneinrichtung ebenso bedienen wie die sonstige Werkzeugaufnahmeeinrichtung.
Es ist vorteilhaft, wenn die Werkzeugaufnahmeeinrichtung dazu eingerichtet ist, die Werkzeuge in Reihen übereinander aufzunehmen und zu lagern sowie, wenn zwischen Reihen Entnahmegassen ausgebildet sind. Vorzugsweise weisen die Entnahmegassen eine Breite auf, die etwas größer ist als der größte anzunehmende Durchmesser eines Werkzeugs, so dass die Werkzeuge in einer kombinierten Linear- und Schwenkbewegung aus der Werkzeugaufnahmeeinrichtung in die Ladergasse überführt werden können. Der Lader schwenkt die Werkzeuge dabei um etwa 90° aus ihrer X-Orientierung in Z-Orientierung. Dieses Konzept erweist sich als platzsparend und effizient.
Vorzugsweise sind die ersten Werkzeug-Aufnahmemittel der Werkzeugaufnahmeeinrichtung in einer ersten Ebene und die zweiten Werkzeug-Aufnahmemittel der Rüsteinheit in einer zweiten Ebene angeordnet, wobei die erste und die zweite Ebene in einem Abstand zueinander liegen, so dass dazwischen ein Zwischenraum festgelegt ist.
Die beiden Ebenen können parallel zueinander orientiert sein. Dadurch kann die Trenneinrichtung in diesem Zwischenraum angeordnet werden, so dass sie den Raum der Ladergasse nicht beschränkt. Der Vorzug dieses Konzepts liegt darin, dass die Trenneinrichtung geöffnet und geschlossen werden kann, noch während die Rüsteinheit in ihrer Sollposition in dem Aufnahmeraum angeordnet ist. Situationen, in denen die Trenneinrichtung erst schließen kann, wenn die Rüsteinheit den Aufnahmeraum schon verlassen hat oder wenigstens teilweise aus diesem herausgeführt ist, werden vermieden. Andererseits ist es auch möglich, die Trenneinrichtung so auszubilden, dass sie erst schließen kann, wenn die Rüsteinheit mindestens teilweise aus dem Aufnahmeraum herausgeführt ist. Eine Zwischenarretierung kann dabei dazu vorgesehen und eingerichtet sein, ein vollständiges Herausführen der Rüsteinheit aus dem Aufnahmeraum zu sperren, solange die Trenneinrichtung nicht gänzlich geschlossen ist. Auch auf diese Weise lässt sich Sicherheit gegen manuellen Zutritt zu der Ladergasse und gegen das Auswerfen von Spänen oder Bruchstücken durch den offenen Aufnahmeraum schaffen. Der Vorzug dieser Lösung liegt darin, dass die von der Rüsteinheit gehaltenen Werkzeuge in ihrer Länge keinen anderen Beschränkungen unterliegen, als die in der sonstigen Werkzeugaufnahmeeinheit gelagerten Werkzeuge. Außerdem können dann alle Werkzeug-Aufnahmemittel in ein und derselben Ebene angeordnet sein.
Die Trenneinrichtung weist ein Verschlusselement auf, das mit einer Antriebseinrichtung verbunden ist, um das Verschlusselement zu öffnen und zu schließen. Das Verschlusselement kann beispielsweise eine Jalousie, insbesondere eine aus Metalllamellen bestehende Jalousie, sein.
Die Antriebseinrichtung kann mit einer Steuerung verbunden sein, die den Betrieb des Regalmagazins steuert. Die Steuerung kann neben der Trenneinrichtung insbesondere auch den Betrieb des Laders steuern und außerdem mit der Steuerung einer zu bedienenden Werkzeugmaschine verbunden sein.
Die Steuerung kann dabei den Lader in verschiedenen Betriebsmodi steuern. Ist das Verschlusselement offen und die Rüsteinheit nicht im Aufnahmeraum, kann sie den Betrieb des Laders und gegebenenfalls auch ein Signal an die Werkzeugmaschine geben, um diese in eine sichere Betriebsart, beispielsweise Stillstand, zu überführen. Befindet sich das Verschlusselement in Offenstellung und die Rüsteinheit in dem Aufnahmeraum, kann die Steuerung den Betrieb des Laders uneingeschränkt freigeben. Dieser hat somit Zugriff auf die Werkzeuge in der Rüsteinheit, wie auch auf die sonstigen Werkzeuge, womit der Betrieb der Werkzeugmaschine uneingeschränkt möglich ist. Außerdem kann der Lader, während die Werkzeugmaschine arbeitet, in dem Regalmagazin Werkzeuge umsortieren, beispielsweise aus den zweiten in die ersten Werkzeughalter-Aufnahmemittel oder aus den ersten Werkzeughalter-Aufnahmemittel in die zweiten Werkzeughalter-Aufnahmemittel.
Ist das Verschlusselement geschlossen, kann die Steuerung den Lader weithin insoweit eingeschränkt betreiben, als er jeden Werkzeugwechsel von den ersten Werkzeughalter-Aufnahmemitteln in die Werkzeugmaschine und von der Werkzeugmaschine in die ersten Werkzeughalter-Aufnahmemittel bewerkstelligen kann. Außerdem kann der Lader in dieser Situation, wie auch schon bei offener Trenneinrichtung, zusätzlich ein etwaiges stirnseitig vorhandenes Ergänzungsmagazin bedienen, in dem die Werkzeuge beispielsweise in Z-Richtung horizontal orientiert bereitgehalten worden sind.
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen ergeben sich aus der Zeichnung, der zugehörigen Beschreibung oder aus Unteransprüchen, Es zeigen:

1 eine Werkzeugmaschine mit Regalmagazin, in schematisierter perspektivischer Darstellung,
2 das Regalmagazin und die Werkzeugmaschine nach 1, in schematisierter ausschnittsweiser Draufsicht,
3 das Regalmagazin in einer perspektivischen rückwärtigen vereinfachten Ansicht,
4 eine schematisierte ausschnittsweise Draufsicht auf das Regalmagazin und seine Rüsteinheit zur Veranschaulichung räumlicher Strukturprinzipien,
5 ein Blockbild zur Veranschaulichung des Steuerungskonzepts des Regalmagazins,
6 den in dem Regalmagazin vorhandenen Lader in schematisierter räumlicher Darstellung,
7 bis 9 das Regalmagazin in Draufsicht in verschiedenen Arbeitsstadien.

In 1 ist ein mit einer Werkzeugmaschine 10 verknüpftes Regalmagazin 11 veranschaulicht, das an einer Flanke der Werkzeugmaschine 10 angeordnet ist. Die Werkzeugmaschine weist eine starr oder beweglich angeordnete Werkstückaufnahme 12 auf, die in einem Arbeitsraum 13 der Werkzeugmaschine 10 angeordnet ist. In dem Arbeitsraum 10 ist auch mindestens eine Arbeitsspindel 14 angeordnet, die eine nicht weiter veranschaulichte Aufnahme für ein Werkzeug oder einen Werkzeughalter sowie einen Drehantrieb aufweist. Die Drehachse der Arbeitsspindel 14 ist rechtwinklig zu einer ersten horizontalen Richtung, der X-Richtung, sowie rechtwinklig zu einer vertikalen Richtung, der Y-Richtung, angeordnet. Die Drehachse stimmt vorzugsweise mit der rechtwinklig zur X-Richtung und zur Y-Richtung stehenden, horizontalen Z-Richtung überein. Bedarfsweise kann die Arbeitsspindel 14 schwenk- oder neigbar sowie in X- und Y-Richtung verfahrbar angeordnet sein. Die Werkstückaufnahme 12 kann beispielsweise in Z-Richtung und beispielsweise in einer anderen Richtung verfahrbar und drehbar oder schwenkbar angeordnet sein. Die Flanke der Werkzeugmaschine erstreckt sich in X- und Y-Richtung.
Das Regalmagazin 11 steht in X-Richtung seitlich neben der Werkzeugmaschine 10 und nimmt, wie in 2 schematisch veranschaulicht ist, vorzugsweise die gesamte in Z-Richtung zu messende Länge der Werkzeugmaschine 10 oder zumindest einen erheblichen Teil derselben ein. Außerdem nimmt das Werkzeugmagazin 11 die gesamte in Y-Richtung zu messende Höhe der Werkzeugmaschine 10 oder zumindest einen erheblichen Teil derselben ein. Alternativ kann das Regalmagazin 11 die Werkzeugmaschine 10 auch in Y-Richtung und/oder in der Z-Richtung überragen.
Das Regalmagazin 11 weist eine Werkzeugaufnahmeeinrichtung 15 auf, die einen ortsfesten Abschnitt 15a und zumindest einen beweglichen Abschnitt 15b umfasst, der zu einer Rüsteinheit 16 gehört.
Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 15 bzw. das Regalmagazin 11 weist einen Aufnahmeraum 17 auf (siehe auch 3), in den sich die Rüsteinheit 16 hineinfahren und aus dem sie sich herausnehmen lässt. In 2 ist die Rüsteinheit 16 in ihrer Position in dem Aufnahmeraum 17 veranschaulicht.
Die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 15 weist in ihrem ersten Abschnitt 15a ortsfest angeordnete erste Werkzeughalteraufnahmemittel 18a auf. Diese können beispielsweise als senkrechte Wände mit seitlichen maulartigen Ausnehmungen ausgebildet sein, in die Werkzeughalter mit Werkzeugen 19 einsetzbar sind. Die Werkzeuge 19 sind dabei liegend angeordnet und weisen mit ihren Spitzen von der Werkzeugmaschine 10 weg. Zwischen den Werkzeugen 19 können Entnahmegassen 20 ausgebildet sein, über die die einzelnen Werkzeuge 19 aus den Werkzeughalter-Aufnahmemitteln 18a herausführbar sind.
In dem zweiten Abschnitt 15b der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 15, d.h. in der Rüsteinheit 16 sind zweite Werkzeughalter-Aufnahmemittel 18b angeordnet, in denen ebenfalls Werkzeuge 19 angeordnet sein können. 3 veranschaulicht dabei beispielhaft die Ausbildung der zweiten Werkzeughalter-Aufnahmemittel 18b mit maulartigen Öffnungen 21 in die Werkzeuge 19 in horizontaler Orientierung eingehängt werden können. Die Ausnehmungen 21 benachbarter Wände sind sowohl in dem ersten Abschnitt 15a wie auch in dem zweiten Abschnitt 15b vorzugsweise aufeinander zu weisend und mit leicht ansteigender Öffnungsrichtung angeordnet. Sie dienen zur Aufnahme von Werkzeughaltern, in denen Werkzeuge 19 gehalten sind. Die Werkzeughalter können beliebige genormte Anschlussvorrichtungen für die Arbeitsspindel 14, beispielsweise Hohlschaftkegel, Steilschaftkegel oder dergleichen aufweisen. Durch die Orientierung und Ausbildung der Wände ist die Werkzeugaufnahmeeinrichtung 15 zur Aufnahme der Werkzeuge 19 in horizontaler Orientierung eingerichtet. Die Werkzeuge 19 der gesamten Werkzeugaufnahmeeinrichtung 15 sind mit ihren Dreh-oder Mittelachsen in X-Richtung und somit rechtwinklig zu der Drehachse der Arbeitsspindel 14 orientiert.
Für den Transport der Werkzeuge 19 innerhalb des Regalmagazins 11 oder auch zur Übergabe an die Werkzeugmaschine 10 ist eine Ladergasse 22 vorgesehen, in welcher ein in 6 gesondert veranschaulichter Lader 23 verfahrbar angeordnet ist. Die Ladergasse 22 erstreckt sich dabei über die gesamte Länge des Regalmagazins 11 so, dass der Lader sowohl die Werkzeuge 19 des Abschnitts 15a wie auch die Werkzeuge 19 in der in dem Abschnitt 15b angeordneten Rüsteinheit 16 erreichen und bedienen kann.
Zwischen dem Aufnahmeraum 17 mit der Rüsteinheit 16 und der Ladergasse 22 ist eine Trenneinrichtung 24 angeordnet, die in 2 und 4 symbolisch veranschaulicht ist. Die Trenneinrichtung 24 weist ein Trennelement 25 beispielsweise in Gestalt einer Jalousie eines Schiebers oder eines sonstigen beweglichen Mittels auf, das den Aufnahmeraum 17 gegen die Ladergasse 22 verschließen oder öffnen kann.
Wie 4 veranschaulicht sind die ersten Werkzeug-Aufnahmemittel 18a und die zweiten Werkzeug-Aufnahmemittel 18b vorzugsweise in zwei unterschiedlichen Ebenen Ea und Eb angeordnet, so dass zwischen diesen beiden zueinander vorzugsweisen parallelen Ebenen Ea, Eb ein Zwischenraum 26 gebildet ist. Die Trenneinrichtung 24 und insbesondere das Trennelement 25 sind vorzugsweise in diesem Zwischenraum angeordnet, so dass der Lader sowohl bei offenem Trennelement 25 als auch bei geschlossenem Trennelement 25 die gesamte Ladergasse 22 ungehindert befahren und auch Werkzeuge eines Ergänzungsmagazins 27 erreichen und mit transportieren kann. Das Ergänzungsmagazin 27 kann an einem Ende der Ladergasse 22 angeordnet und in Z-Richtung vorgelagert aufgestellt sein. In dem Ergänzungsmagazin sind die Werkzeuge vorzugsweise horizontal in z-Richtung weisend gehalten.
Die in 3 veranschaulichte Rüsteinheit 16 kann zum Beispiel als Wagen ausgebildet sein, dessen Umriss dem Aufnahmeraum 17 entspricht, so dass er diesen nach außen vollkommen verschließt, wenn er in den Aufnahmeraum 17 eingefahren ist. Alternativ zu einem Wagen kann die Rüsteinheit 16 auch als mit Füßen versehenes Gestell ausgebildet sein, das mittels geeigneter Handhabungseinrichtungen wie Hubwagen, Gabelstapler, AGV oder dergleichen in den Aufnahmeraum 17 hinein geführt oder aus diesem zu entnehmen ist.
Zur genauen Positionierung der Rüsteinheit 16 in dem Aufnahmeraum 17 können Aufnahmemittel 43 vorgesehen sein, insbesondere Aufnahmemittel 43 mit Positioniereinrichtungen. Beispielsweise können im unteren Bereich des Aufnahmeraums 17 als Aufnahmemittel 43 Auflageleisten 28 angeordnet sein, die ortsfest oder höhenverstellbar sind, um unter die Rüsteinheit 16 zu greifen. Es können Formschlussmittel, wie Bolzen oder dergleichen fest oder ausfahrbar in der Auflageleiste 28 angebracht sein, um eine gewünschte Positionierung der Rüsteinheit 16 zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich können weitere mechanische Ausrichtmittel vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Aufnahmeraum 17 oder die Ladergasse 22 oder der Lader 23 mit einer oder mehreren Kameras versehen sein, um die Positionen der Werkzeuge 19 bzw. ihrer Werkzeughalter 42 oder alternativ der Rüsteinheit 16 zu erfassen und ein zielgerichtetes Greifen des Laders zu ermöglichen.
An der Rüsteinheit 16 ist vorzugsweise wenigstens eine Positionsmarke 41 angeordnet (siehe 3). Die Positionsmarke 41 kann beispielsweise ein QR-Code sein. Die Positionsmarke 41 kann von einer oder mehreren Kameras erfasst werden, nachdem die Rüsteinheit 16 in dem Aufnahmeraum 17 positioniert worden ist. Durch die kamerabasierte Lageerkennung ergibt sich der Vorteil, dass kein genaues Positionieren der Rüsteinheit 16 in dem Aufnahmeraum erforderlich ist. Durch die kamerabasierte Lageerkennung wird eine Ist-Lage der Rüsteinheit 16 relativ zu einer Soll-Lage in dem Aufnahmeraum 17 ermittelt und an eine Steuerung 35 (siehe 5) übertragen. Die Steuerung 35 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Abweichungen der Rüsteinheit 16 von einer Soll-Lage zu erfassen und den Lader 23 an entsprechend korrigierte Positionen der Werkzeughalter in der Rüsteinheit 16 zu bewegen.
Die Positionsmarken 41 können über die Positionsinformation hinaus weitere Informationen tragen. Z.B. können sie bei Verwendung mehrerer Rüsteinheiten 16 die betreffende Rüsteinheit individualisieren oder auch andere Informationen tragen, z.B. über die Werkzeuge.
Die Ermittlung der Ist-Lage der Rüsteinheit 16 kann Positionsabweichungen in der X-Richtung und/oder Y-Richtung und/oder Z-Richtung sowie Winkelabweichungen um eine A-Achse und/oder B-Achse und/oder C-Achse umfassen. Dadurch lässt sich die räumliche Lage der Rüsteinheit 16 sehr genau bestimmen. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung von zwei oder mehr Positionsmarken an der Rüsteinheit 16, besonders bevorzugt in großem Abstand zueinander. Dadurch lassen sich Lageabweichungen besonders genau ermitteln und es wird ein sicheres Greifen von Werkzeughaltern 42 durch den Lader 23 ermöglicht. In einer speziellen Ausführungsform können zwei oder mehr Positionsmarken 41 auf jeweils verschiedenen Seiten der Rüsteinheit 16 angeordnet sein. Eine Lageabweichung kann dann mit mehreren Kameras, die jeweils auf eine bestimmte Seite der Rüsteinheit 16 gerichtet sind, mit sehr hoher Genauigkeit ermittelt werden.
Alternativ zur Verwendung von Positionsmarken 41 an der Rüsteinheit 16 kann die Position eines jeden einzelnen Werkzeuges in der Rüsteinheit 16 durch eine oder mehrere Kameras direkt ermittelt werden. Besonders vorteilhaft ist es bei dieser Ausführungsform, wenn die Kamera an dem Lader 23 angeordnet ist. Der Lader 23 kann die Kamera zumindest in die Nähe einer jeweiligen Soll-Position eines Werkzeughalters 42 bewegen und dort dessen Ist-Position ermitteln. Die Steuerung 35 ist dazu eingerichtet, Abweichungen jedes einzelnen Werkzeughalters 42 von einer Soll-Position zu berücksichtigen und den Lader 23 an entsprechend korrigierte Positionen der Werkzeughalter 42 in der Rüsteinheit 16 zu steuern.
Alternativ zu einer Kamera können andere Sensoren zur Ermittlung von Lage oder Position vorgesehen sein. Beispielsweise können taktile Sensoren zur Antastung von Positionsmarken 41 an der Rüsteinheit 16 vorgesehen sein. Bei einer solchen Ausführungsform ist der taktile Sensor vorzugsweise an dem Lader 23 angeordnet. Die Steuerung 35 ist dann dazu eingerichtet, die Bewegungsachsen des Laders 23 in X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung zu nutzen, um die eine oder die mehreren Positionsmarken an der Rüsteinheit 16 anzutasten. Die Antastung in X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung kann auf einfache Weise durch Linearbewegungen oder Schwenkbewegungen des Laders - ggf. in Kombination beider Bewegungen - erzeugt werden. Die Positionsmarken sind im Falle einer taktilen Antastung bevorzugt als Präzisionskugeln ausgeführt. Auch bei der Verwendung von taktilen Sensoren kann auch dadurch die Position eines jeden einzelnen Werkzeuges in der Rüsteinheit 16 ermittelt werden. Die Steuerung 35 kann dazu eingerichtet sein, den taktilen Sensor mittels des Laders 23 in den Bereich eines jeweiligen Werkzeughalters 42 zu bewegen und diesen anzutasten.
Vorzugsweise ist der Lader 23 gemäß der in 6 veranschaulichten Prinzipdarstellung ausgebildet. Er weist einen in Z-Richtung horizontal verfahrbaren Schlitten 29 auf, der mit einer Vertikalführung 30 versehen ist. An dieser ist ein Arm 31 um eine Vertikalachse A schwenkbar gelagert. Die Schwenkachse A ist vorzugsweise in Y-Richtung orientiert. Um kontrolliertes Schwenken zu ermöglichen ist ein Schwenkantrieb 32 vorgesehen.
An dem von der Vertikalführung 30 entfernt liegenden Ende des Arms 31 ist ein weiterer Schwenkantrieb 33 angeordnet, der einen Greifer 34 um eine zu der Achse A parallele Achse B schwenken lässt. Der Greifer 34 ist zum Fassen eines Werkzeughalters 42 eingerichtet.
Den Betrieb des Regalmagazins 11 steuert die Steuerung 35, die in 5 schematisch veranschaulicht ist. Sie kontrolliert dabei die Bewegungen des Laders 23 ebenso wie eine Antriebseinrichtung 36 des Trennelements 25. Außerdem kann die Steuerung 35, falls nötig, Signale von Sensoren 37 empfangen, die zum Beispiel zur Erfassung der Position des Trennelements 25 und/oder zur Erfassung der Position der Rüsteinheit 16 vorgesehen sein können. Zum Beispiel kann wenigstens erfasst werden ob das Trennelement 25 offen oder geschlossen ist und/oder ob die Rüsteinheit 16 in dem Aufnahmeraum 17 aufgenommen ist oder nicht. Weiter können zumindest optional Sensoren 37 vorgesehen sein, um die Position des Greifers 34 oder andere Elemente des Laders 23 zu erfassen. Auch können zu den Sensoren 37 ein oder mehrere Kameras gehören, um zum Beispiel die räumliche Position der Werkzeughalter 42 der Werkzeuge 19 in der Rüsteinheit 16 ausreichend genau zu erfassen.
Bedarfsweise kann die Steuerung 35 mit einer Maschinensteuerung 38 verbunden sein, die zu der Werkzeugmaschine 10 gehört.
Das insoweit beschriebene Regalmagazin 11 arbeitet in Verbindung mit der Werkzeugmaschine 10 wie folgt:
Die Werkzeuge 19 können aus ihren Regalpositionen nach dem Schema der 7 bis 9 entnommen und in diese wieder rücküberführt werden. Wie ersichtlich, erfasst der Lader 23 mit seinem Greifer 34 den Werkzeughalter des Werkzeugs 19 und führt dieses gemäß 7 zunächst aus seiner Speicherposition in die Entnahmegasse 20. Gemäß 8 und 9 wird das Werkzeug 19 dann durch eine Bewegung in X-Richtung verbunden mit einer Schwenkbewegung aus der Entnahmegasse 20 heraus in die Ladergasse 22 überführt. Dabei führt der Lader 23, während sein Arm 31 schwenkt, zugleich eine Fahrbewegung aus. 8 veranschaulicht das Werkzeug 19 dann orientiert in Z-Richtung, aus der heraus es durch einen in den 2 und 9 lediglich schematisch angedeuteten Werkzeugwechsler 39 in die Maschinenspindel 14 überführt werden kann. Der Werkzeugwechsler 39 kann ein üblicher zweigabliger Wechsler sein, der um eine zu der Drehachse der Werkzeugspindel 14 parallele Werkzeugwechslerachse 40 schwenkbar und auch in Z-Richtung bewegbar ist, um das Werkzeug 19 in die Arbeitsspindel 14 hinein oder aus dieser heraus zu führen.
Der Werkzeugwechsler 39 kann dabei sowohl die Werkzeuge der Rüsteinheit 16 wie auch die übrigen Werkzeuge erreichen, untereinander auswechseln und/oder in die Arbeitsspindel 14 hinein oder aus dieser herausführen. Die Rüsteinheit 16 ist insoweit vollwertiger Bestandteil des Regalagazins 11.
Der insoweit uneingeschränkte Betrieb des Laders 23 ist von der Steuerung 35 freigeben, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind nämlich: a) das Verschlusselement 25 ist vollständig offen und b) die Rüsteinheit 16 ist in korrekter Position in dem Aufnahmeraum 17 positioniert. Zur Erfassung dieses Zustands (sowie abweichender Zustände) können geeignete Sensoren vorgesehen sein, die mit der Steuerung 35 verbunden sind.
Zum Rüsten von Werkzeugen kann die Rüsteinheit 16 aus dem Regalmagazin 11 entnommen werden. Dazu gibt die Steuerung 35 das Schließen des Verschlusselements vor, indem sie die Antriebseinrichtung 36 entsprechend ansteuert. Zugleich schränkt die Steuerung 35 die Arbeitsmöglichkeit des Laders 23 ein, ohne diesen vollständig stillzusetzen. Vielmehr kann dieser weiter alle Werkzeughalter-Aufnahmemittel 18 des Abschnitts 15a sowie gegebenenfalls auch die Werkzeugaufnahmeplätze des Ergänzungsmagazins 27 bedienen. Jedoch ist die Steuerung 35 dazu eingerichtet, in dieser Situation den Zugriff des Laders 23 auf die Werkzeughalter-Aufnahmemittel 18b des zweiten Abschnitts 15b zu sperren. Dabei kann aber die Werkzeugmaschine 10 fast vollkommen ungehindert weiterarbeiten. Weiterhin ist der Austausch von Werkzeugen zwischen der Arbeitsspindel 14 der Werkzeugmaschine 10 und dem Abschnitt 15a der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 15 sowie der Arbeitsspindel 14 der Werkzeugmaschine 10 und dem Ergänzungsmagazin 27 möglich.
Wenn und solange z.B. infolge einer Störung oder durch andere Einflüsse die Trenneinrichtung 24 offen ist, ohne dass eine Rüsteinheit 16 in dem Aufnahmeraum 17 steht, sperrt die Steuerung 35 den Betrieb des Regalmagazins 11. Außerdem kann die Steuerung 35 dazu eingerichtet sein, ein Signal an die Steuerung der Werkzeugmaschine zu senden. Die Werkzeugmaschine 10 kann darauf eingerichtet sein, bei Empfang eines solchen Signals zu einem sicheren Betrieb, z.B. Stillstand, überzugehen.
Das erfindungsgemäße Werkzeug-Regalmagazin (11) ist für eine Werkzeugmaschine (10) zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Werkstücken aus Metall vorgesehen. Das Regalmagazin (11) weist eine Werkzeugaufnahmeeinrichtung (15) auf, zu der eine Rüsteinheit (16) gehört. Diese ist in einen in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (15) vorgesehenen Aufnahmeraum (17) einführbar und aus diesem herausführbar. Entlang der Werkzeugaufnahmeeinrichtung einschließlich der Rüsteinheit (16) ist eine Ladergasse (22) mit einem beweglichen Lader (23) vorgesehen. Indem zwischen der Rüsteinheit (16) und dem Aufnahmeraum (17) eine Trenneinrichtung (24) vorgesehen ist, kann die Werkzeugmaschine (10) unabhängig von der Position der Rüsteinheit (16) betrieben werden. So ist ein hauptzeitparalleles Rüsten möglich. Der Begriff „hauptzeitparalleles Rüsten“ bezieht sich auf das Rüsten von Werkzeugen in ein Werkzeugmagazin und bedeutet erstens Rüsten während der Bearbeitung eines Werkstückes durch die Werkzeugspindel sowie zweitens Rüsten während einer Bewegung des Laders 23 in der Ladergasse 22. Die Bearbeitung eines Werkstückes und die Bewegung des Laders 22 können gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten stattfinden.
Bezugszeichen:

10: Werkzeugmaschine
11: Regalmagazin
12: Werkstückaufnahme
13: Arbeitsraum
14: Arbeitsspindel
15: Werkzeugaufnahmeeinrichtung
15a, 15b: Abschnitte der Werkzeugaufnahmeeinrichtung 15
16: Rüsteinheit
17: Aufnahmeraum
18a: erste Werkzeughalter-Aufnahmemittel
18b: zweite Werkzeughalter-Aufnahmemittel
19: Werkzeuge
20: Entnahmegasse
21: Ausnehmungen
22: Ladergasse
23: Lader
24: Trenneinrichtung
25: Trennelement
Ea: Ebene der ersten Werkzeughalter-Aufnahmemittel 18a
Eb: Ebene der zweiten Werkzeughalter-Aufnahmemittel 18b
26: Zwischenraum
27: Ergänzungsmagazin
28: Auflageleiste
29: Schlitten
30: Vertikalführung
31: Arm
A, B: Achsen
32, 33: Schwenkantrieb
34: Greifer
35: Steuerung
36: Antriebseinrichtung des Trennelements
37: Sensoren
38: Maschinensteuerung
39: Werkzeugwechsler
40: Schwenkachse des Werkzeugwechslers 39
41: Positionsmarke
42: Werkzeughalter
43: Aufnahmemittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2251138 B1 [0003]
EP 3061562 B1 [0004]
DE 102011088055 A1 [0005]

Claims

Werkzeug-Regalmagazin für eine Werkzeugmaschine (10), insbesondere eine Werkzeugmaschine (10) zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Werkstücken aus Metall, mit einer Werkzeugaufnahmeeinrichtung (15), die zur Aufnahme von Werkzeugen (19) eingerichtet ist, mit mindestens einer Rüsteinheit (16), die in einen in der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (15) vorgesehenen Aufnahmeraum (17) einführbar und aus diesem herausführbar ist, mit einem Lader (23), der in einer zweiten Richtung (z) in einer Ladergasse (22) verfahrbar ist, die quer zu der ersten Richtung orientiert ist, wobei sich die Ladergasse (22) entlang der Werkzeugaufnahmeeinrichtung (15) einschließlich der Rüsteinheit (16) erstreckt, wobei zwischen der Ladergasse (23) und dem Aufnahmeraum (17) eine Trenneinrichtung (24) vorgesehen ist.
Regalmagazin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (15) an Werkzeughalter (42) angepasste erste Werkzeughalter-Aufnahmemittel (18a) aufweist.
Regalmagazin nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, alle Werkzeuge (19) in horizontaler, von der Ladergasse (22) weg weisender Orientierung aufzunehmen.
Regalmagazin nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, die Werkzeuge (19) in Reihen übereinander aufzunehmen und zu lagern.
Regalmagazin nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Reihen Entnahmegassen (20) ausgebildet sind.
Regalmagazin nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rüsteinheit (16) zweite Werkzeughalter-Aufnahmemittel (18b) aufweist.
Regalmagazin nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Werkzeughalter-Aufnahmemittel (18b) dazu eingerichtet sind, die Werkzeuge (19) in der gleichen Orientierung zu lagern, wie die ersten Werkzeughalter-Aufnahmemittel (18a), wenn die Rüsteinheit (16) in dem Aufnahmeraum (17) angeordnet ist.
Regalmagazin nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Werkzeug-Aufnahmemittel (18a) in einer ersten Ebene (Ea) und die zweiten Werkzeug-Aufnahmemittel (18b) in einer zweiten Ebene (Eb) angeordnet sind und dass die erste und die zweite Ebene (Ea, Eb) in einem Abstand zueinander angeordnet sind und so einen Zwischenraum (26) festlegen.
Regalmagazin nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (24) in dem Zwischenraum (26) angeordnet ist.
Regalmagazin nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (24) ein in den Zwischenraum (26) einführbares und aus diesem herausführbares Verschlusselement (25) aufweist, das dazu eingerichtet ist, den Durchgang zwischen dem Aufnahmeraum (17) und der Ladergasse (22) zu sperren, wenn es in den Zwischenraum (26) eingeführt ist.
Regalmagazin nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (25) mit einer Antriebseinrichtung (36) verbunden ist, die dazu eingerichtet ist, das Verschlusselement (25) zwischen einer Offenstellung und einer Verschlussstellung zu bewegen.
Regalmagazin nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Regalmagazin (11) eine Steuerung (35) aufweist, die mit dem Lader (23) und mit der Antriebseinrichtung (36) verbunden ist, um diese zu steuern.
Regalmagazin nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (35) darauf eingerichtet ist, den Betrieb des Laders (23) zu sperren, wenn und solange die folgenden Bedingungen beide erfüllt sind: a) das Verschlusselement (25) steht nicht in Verschlussstellung und b) die Rüsteinheit (16) befindet sich nicht in dem Aufnahmeraum (17).
Regalmagazin nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (35) darauf eingerichtet ist, den Betrieb des Laders (23) uneingeschränkt freizugeben, wenn und solange die folgenden Bedingungen beide erfüllt sind: a) das Verschlusselement (25) steht in Offenstellung und b) die Rüsteinheit (16) befindet sich in dem Aufnahmeraum (17).
Regalmagazin nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (35) darauf eingerichtet ist, den Betrieb des Laders (23) auf die Bedienung der ersten Werkzeughalter-Aufnahmemittel (18a) zu beschränken, wenn und solange die folgende Bedingungen erfüllt ist: a) das Verschlusselement (25) steht in Verschlussstellung.
Regalmagazin nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur genauen Positionierung der Rüsteinheit (16) in dem Aufnahmeraum (17) Aufnahmemittel vorgesehen sind.
Regalmagazin nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rüsteinheit (16) wenigstens eine Positionsmarke (41) angeordnet ist.
Regalmagazin nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmeraum (17) und/oder in der Ladergasse (22) und/oder an dem Lader (23) ein Sensor, insbesondere eine Kamera oder ein taktiler Sensor, angeordnet ist.
Bearbeitungszentrum mit einem Regalmagazin gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18.