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Es sind verschiedenartige Werkzeugwechselsysteme
für Werkzeugmaschinen
bekannt. Beim Werkzeugwechsel wird in den Arbeitsraum der Werkzeugmaschine
eingegriffen. Dies ist grundsätzlich
unproblematisch, da beim Werkzeugwechsel die Spindel der Werkzeugmaschine
still steht. Selbstverständlich
muss der Arbeitsraum der Werkzeugmaschine nach dem Werkzeugwechsel
vor dem Anlaufen der Maschine verschlossen werden, um eine Gefährdung von
Bedienpersonen und dgl. zu vermeiden. Der Arbeitsraum der Werkzeugmaschine
wird daher üblicherweise
durch eine Arbeitsraumtüre
verschlossen, die zum Werkzeugwechsel geöffnet wird. Die Bewegung der
Arbeitsraumtüre
und des Werkzeugwechselsystems hat daher in irgendeiner Art und
Weise synchron zu erfolgen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Werkzeugwechselsystem zu schaffen, das einen möglichst schnellen Werkzeugwechsel
ermöglicht
und so die Stillstandszeit der Werkzeugmaschine so weit wie möglich reduziert.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Gemäß der Erfindung verfügt das Werkzeugwechselsystem über einen
Türantrieb,
der mittels einer Bewegungseinrichtung die Arbeitsraumtüre in der
gewünschten
Weise bewegen kann, wobei der zur Aufnahme von Werkzeugen vorgesehene
Greifarm sowie die Bewegungseinrichtung von einem gemeinsamen Antrieb
synchron angetrieben werden, wobei die Bewegungseinrichtung ein
Kurvengetriebe aufweist, das über
eine Globoidkurve zur Bewegung des Greifarms und eine weitere Kurve
zur Bewegung der Arbeitsraumtüre
verfügt.
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Vorteilhaft verfügt die Bewegungseinrichtung
für den
Antrieb der Arbeitsraumtüre über ein
Kurvengetriebe oder ein Kurvenschritt- oder auch ein Kurvelpendelgetriebe.
Mit einem Kurvenschrittgetriebe können auf einfache Weise die
verschiedenen gewünschten
Positionen der Arbeitsraumtüre
schrittartig angesteuert werden. Ein Kurvenpendelgetriebe weist
insbesondere bei Arbeitsraumtüren,
die in einer Linearführung
geführt sind,
den Vorteil auf, dass die erwünschte
Hin- und Herbewegung der Arbeitsraumtüre nicht durch einen gesonderten
Mechanismus gewährleistet
werden muss, sondern bereits durch das Kurvenpendelgetriebe zur Verfügung gestellt
wird.
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Das Getriebe zum Antrieb der Arbeitsraumtüre kann
am Abtrieb mit einer Über-
oder Untersetzungsstufe versehen sein, wobei bei den meisten Anwendungen
eine Übersetzungsstufe
sinnvoll ist. Auf diese Weise können
der Abtriebswinkel, die Rbtriebsgeschwindigkeit und damit die Bewegungsgeschwindigkeit
der Arbeitsraumtüre
beeinflusst werden. Als zweckmäßig hat
sich ein Abtriebswinkel zwischen 90° und 180° erwiesen.
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Zur Umsetzung der Kurvenrotation
in die Bewegung der Arbeitsraumtüre
hat sich ein Rollenstern, der auf der Kurve der Bewegungseinrichtung
abrollt, bewährt.
Selbstverständlich
kann der Antrieb der Arbeitsraumtüre jedoch auch über andere
Eingriffselemente gewährleistet
werden, die mit der Kurve in Eingriff oder Anlage sind.
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Die Globoidkurve zum Antrieb des
Greifarms und die weitere Kurve zum Antrieb der Arbeitsraumtüre können auf
ein und derselben Welle angeordnet werden, jedoch auch auf unterschiedlichen
Wellen, die durch geeignete Mittel zwangsverbunden sind. Sind unterschiedliche
Wellen vorgesehen, können
diese parallel oder sich kreuzend angeordnet sein oder auch in beliebiger
anderer Anordnung. Wesentlich ist alleine, um die gewünschte synchrone
Bewegung zu erzielen, dass die Wellen zwangsgekoppelt sind. Sind
die Kurven auf einer Welle angeordnet, ergibt sich eine einfache
zuverlässige
Konstruktion, mit der die gewünschte
Synchronität leicht
zu gewährleisten
ist. Demgegenüber
muss beim Vorsehen unterschiedlicher Wellen eine Zwangskopplung,
bspw. mittels einer Verzahnung, eines Zahnriemens oder eines Kettentriebes,
erfolgen, wodurch die Konstruktion aufwendiger wird. Um die erforderliche
Synchronität
zu erreichen, muss weiterhin gewährleistet
werden, dass die Zwangskopplung auch bei den gewünschten schnellen Bewegungen
zuverlässig
funktioniert. Andererseits hat eine derartige Konstruktion den Vorteil,
dass die verschiedenen Baugruppen flexibler angeordnet werden können und
des Weiteren durch die Mittel zur Zwangskopplung ein Übersetzungs-
oder Untersetzungsverhältnis
zwischen den Wellen geschaffen werden kann, was bei bestimmten Anwendungen
zweckmäßig ist.
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Die Bewegungseinrichtung zur Bewegung
der Arbeitsraumtüre
kann eine Linearführung
für eine
lineare Bewegung der Arbeitsraumtüre umfassen. Dabei kann ein
Geradführungsgetriebe
zum Antrieb der linear verschieblichen Arbeitsraumtüre zum Einsatz
kommen. Dieses kann zwei miteinander verbundene und gegeneinander
verdrehbare Hebel aufweisen, von denen einer mit der Arbeitsraumtüre gelenkig
verbunden ist. Die Hebel können
an ihren Enden miteinander verbunden sein und die Arbeitsraumtüre am gegenüberliegenden Ende
des zweiten Hebels angelenkt sein, um die gewünschte lineare Bewegung der
Arbeitsraumtüre
zu ermöglichen.
Grundsätzlich
können
jedoch Dreh- oder Schwenktüren
genauso zum Einsatz kommen.
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Als vorteilhaft hinsichtlich eines
schnellen Werkzeugwechsels hat sich ein 90°-Greiferarm bewährt, der drehbar
gelagert ist, wobei die Drehachse parallel zur Linearführung der
Arbeitsraumtüre
angeordnet ist und sich der Greiferarm in Ruhestellung vollständig auf
einer Seite der geschlossenen Arbeitsraumtüre befindet.
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Auf der Seite der Arbeitsraumtüre, an der
sich der Greiferarm in Ruhestellung befindet, kann zweckmäßig ein
Werkzeugmagazin vorgesehen sein, das die Werkzeugaufnahme und – abgabe
durch den Greiferarm bei geschlossener Arbeitsraumtüre erlaubt.
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Wenngleich 90°-Greiferarme Vorteile aufweisen,
können
auch herkömmliche
180°-Greiferarme
oder anders geartete Greiferarme zum Einsatz kommen. Üblicherweise
sind diese Greiferarme axial verschieblich gelagert, um die Werkzeugaufnahme
bzw. -abgabe zu ermöglichen.
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Zweckmäßig befindet sich zumindest
ein Arm des Greiferarms in Ruhestellung in einer Ebene, die im Wesentlichen
parallel zur Ebene der Arbeitsraumtüre ist. Um einen möglichst
schnellen Werkzeugwechsel zu ermöglichen,
sollte der Greiferarm weiterhin möglichst nahe an der Arbeitsraumtüre angeordnet
sein.
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Vorteilhaft wird bei Beginn der Drehbewegung
des Greiferarms die Öffnungsbewegung
der Arbeitsraumtüre
begonnen. Nach einem bestimmten Drehwinkel des Greiferarms, der
den Werkzeugwechsel ermöglicht,
soll sich die Arbeitsraumtüre
in der vollständig
geöffneten
Stellung befinden. Entsprechend soll die Arbeitsraumtüre bei Rückbewegung
des Greiferarms in die Ruhestellung wieder vollständig geschlossen
werden.
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Mit dem konkreten Ausführungsbeispiel
wird ein Standardbewegungsablauf für ein Werkzeugwechselsystem
mit einem 180°-Greiferarm beschrieben,
aus dem die verschiedenen Positio nen des Greiferarms mit den zugehörigen Positionen
der Arbeitsraumtüre
ersichtlich sind.
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Folgend wird die Erfindung anhand
eines konkreten Ausführungsbeispiels
erläutert.
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1 zeigt
schematisch das Werkzeugwechselsystem in einer Draufsicht seitens
der Werkzeugmaschine.
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2 zeigt
schematisch den Antrieb des Greiferarms mittels einer Globoidkurve.
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3 zeigt
die zum Antrieb der Arbeitsraumtüre
vorgesehene Kurve mit einem auf dieser abrollenden Rollenstern.
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Das Werkzeugwechselsystem weist eine
Arbeitsraumtüre 1 auf,
die in einer Linearführung 2 linear
verschieblich gelagert ist. Der Antrieb der Arbeitsraumtüre 1 erfolgt über eine
Bewegungseinrichtung, die über
ein Getriebe 9 sowie ein Geradführungsgetriebe verfügt, das
die Drehbewegung des Getriebes 9 in eine Linearbewegung
umwandelt und mittels einer Anlenkung an der Arbeitsraumtüre 1 diese
linear verschiebt. Die Linearführung 2 der
Arbeitsraumtüre 1 ist
an einer Türhalterung 11 vorgesehen,
die mit dem Getriebe 9 zu einer Einheit verbunden ist.
Das Getriebe 9 sowie der nicht dargestellte Greiferarm 12 werden
durch einen gemeinsamen Antrieb 10 angetrieben.
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Folgend wird das Geradführungsgetriebe
zur Linearbewegung der Arbeitsraumtüre 1 erläutert. Dieses weist
einen ersten Hebel 4 sowie einen mit diesem gelenkig verbundenen
zweiten Hebel 5 auf. Die Verbindung der beiden Hebel 4, 5 an
deren Enden erfolgt an der zweiten Antriebswelle 3 für den zweiten
Hebel 5, die den Drehpunkt zwischen beiden Hebeln 4, 5 darstellt.
Der zweite Hebel 5 ist an seinem dem Drehpunkt abgewandten
Ende mittels einer Anlenkung 7 an der Arbeitsraumtüre 1 bzw,
an einem mit der Arbeitsraumtüre 1 verbundenen
Element angelenkt. Der erste Hebel 4 ist drehbar an einer
ersten Antriebswelle 6 gelagert, die durch das Getriebe 9 antreibbar
ist. Die zweite Antriebswelle 3 des zweiten Hebels 5 wird über eine
Antriebsscheibe 8 und den dargestellten Riemen angetrieben.
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In 1 ist
die geschlossene Stellung der Arbeitsraumtüre 1 dargestellt.
Von dieser geschlossenen Stellung wird die Arbeitsraumtüre 1 in
die vollständig
geöffnete
Stellung wie folgt überführt. Zunächst wird
der erste Hebel 4 mittels der ersten Antriebswelle 6 aus
der gezeichneten Darstellung nach links verschwenkt und analog der
zweite Hebel 5 entsprechend nach rechts, bis der erste
und der zweite Hebel 4, 5 senkrecht übereinander
stehen. Diese Stellung stellt die halbgeöffnete Stellung der Arbeitsraumtüre 1 dar.
Aus dieser Stellung wird zum vollständigen Öffnen der Arbeitsraumtüre 1 der
erste Hebel 4 weiter nach links mittels der ersten Antriebswelle 6 gedreht,
bis dieser wieder horizontal, genau 180° gegenüber der in 1 gezeigten Stellung zu liegen kommt.
Der zweite Hebel 5 wird ebenso durch die zweite Antriebswelle 3 weiter
gedreht, so dass er eine Verlängerung
des ersten Hebels 4 darstellt. Diese Stellung stellt die
vollständige Öffnung der
Stellung der Arbeitsraumtüre 1 dar.
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In dieser Stellung befinden sich
beide Hebel 4, 5 in Linie, wie in 1 dargestellt, jedoch exakt um 180° gedreht,
so dass sich die Anlenkung 7 der Arbeitraumtüre 1 ganz
auf der linken Seite in 1 befindet. Eine
Rückführung in
die geschlossene Stellung der Arbeitsraumtüre 1 kann durch entsprechende
Rückdrehung
der Hebel 4, 5 erfolgen oder durch entsprechendes
Weiterdrehen im beschriebenen Drehsinn. Wesentlich ist, dass auf
diese Weise durch relativ kurze He bel 4, 5 dennoch
eine ausreichende Linearbewegung der Arbeitsraumtüre 1 ermöglicht wird.
Beim konkreten Ausführungsbeispiel
ist die effektive Hebellänge
der Hebel 4, 5 identisch, so dass sich für die Arbeitsraumtüre 1 eine
Hublänge
oder maximale Linearverschiebung von exakt viermal der Hebellänge der
Hebel 4, 5 ergibt. Dies ist leicht ersichtlich,
wenn man sich die vollständig geschlossene
Stellung in 1 und die
geöffnete
Stellung vor Augen führt,
in der die beiden Hebel 4, 5 – wie in 1 – in
Linie angeordnet sind, jedoch um 180° zur gegenüberliegenden Seite der ersten
Antriebswelle 6 verschwenkt sind.
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Folgend wird anhand von 2 die Bewegung des Greiferarms 12 – hier ein
180°-Greiferarm – zur Aufnahme
und Abgabe der Werkzeuge erläutert.
Auf der der Werkzeugmaschine abgewandten Seite der Arbeitsraumtüre 1 ist
ein Greiferarm 12 vorgesehen, der mittels einer Antriebswelle 13 verschwenkbar
ist und auf dieser Antriebswelle 13 linear verschieblich
gelagert ist. Der Greiferarm 12 verfügt über zwei im 180°-Winkel angeordnete
Arme 14, 15.
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In der dargestellten Ruhestellung
wird der zweite Arm 15 des Greiferarms 12 mit
einem nicht dargestellten Werkzeug bestückt, das aus einem nicht dargestellten
Werkzeugmagazin zugeführt
wird. Zum Werkzeugwechsel wird der Greiferarm 12 aus der
gezeigten Ruhestellung heraus mittels der Antriebswelle 13 gedreht.
Mit Beginn der Drehbewegung beginnt die Öffnungsbewegung der Arbeitsraumtüre 1 in
der dargelegten Weise. Der erste Arm 14 wird durch den
durch die Arbeitsraumtüre 1 freigegebenen
Spalt verschwenkt, bis sie die Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine
erreicht. Dort wird in der gewohnten Weise das auf der Arbeitsspindel
befindliche Werkzeug an den ersten Arm 14 übergeben. Üblicherweise
ist die Anordnung des Werkzeugwechselsystems und der Werkzeugmaschine
so vorgesehen, dass der freie erste Arm mittels einer 90°-Drehung
in die Werkzeugwechselposition an der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine
gebracht werden kann.
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In dieser Stellung befindet sich
die Arbeitsraumtüre 1 in
der maximal geöffneten
Position, in der diese verbleibt, bis der Greiferarm 12 in
die Ruhestellung zurück
verschwenkt wird und den Arbeitsraum der Werkzeugmaschine verlassen
hat. Nach Übergabe
des benutzten Werkzeugs an den ersten Arm 14 wird der Greiferarm 12 weiter
gedreht, so dass der zweite Arm 15, der mit einem neuen
Werkzeug bestückt
ist, sich an der Position der Arbeitsspindel befindet und das neue
Werkzeug an die Werkzeugmaschine übergeben kann. Nachdem das
Werkzeug so in der gewünschten
Weise gewechselt worden ist, wird der Greiferarm 12 im
Uhrzeigersinn weiter gedreht, bis er sich wieder vollständig auf
der der Werkzeugmaschine abgewandten Seite der Arbeitsraumtüre 1 befindet.
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Bevor der Greiferarm 12 in
die Ruhestellung weiter gedreht werden kann, muss das vom ersten
Arm 14 aufgenommene Werkzeug an das nicht dargestellte
Werkzeugmagazin übergeben
werden.
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Der komplette Standardbewegungsablauf
mit dem dargestellten 180°-Greiferarm
12 ist aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich.
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Folgend wird der Antrieb der Antriebswelle 13 erläutert. Die
Antriebswelle 13 wird durch die Bewegungseinrichtung mittels
der Globoidkurve 16 in Rotation versetzt. Des Weiteren
wird der Greiferarm 12 durch einen Ausrückmechanismus, der im Wesentlichen
aus dem Axialhebel 17 und dem Schwenkhebel 25 sowie einer
Nut 19 der Globoidkurve besteht, axial verschoben, um den
Werkzeugwechsel zu ermöglichen.
Ein Rollenstern 20 wird durch Schrägverzahnungen 21 auf
der Globoidkurve 16 in Rotation versetzt. Hierzu laufen
die Rollen 22 des Rollensterns 20 in den Zwischenräumen der
Schrägverzahnungen 21,
wodurch bei Drehung der Globoidkurve 16 der Rollenstern 20 in
Rotation versetzt wird. Der Rollenstern 20 ist mit der
Antriebswelle 13 des Greiferarms 12 verbunden
und versetzt diesen über
eine Keilwellenverbindung 23 in Rotation.
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Zur axialen Bewegung des Greiferarms
auf der Antriebswelle 13 ist ein Bewegungsmechanismus vorgesehen,
der im Wesentlichen aus dem Axialhebel 17 und dem mit diesem
mittels eines Gelenks 24 gelenkig verbundenen Schwenkhebel 25 besteht,
der an der Auslenkkurve der Globoidkurve 16, die durch
die Nut 19 gebildet ist, über Eingriffselemente 26 und 27 gelagert
ist. Dabei greift das erste Eingriffselement 26 in die
Nut 19 ein, wohingegen das zweite Eingriffselement 27 an
der Nut 19 abrollt.
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In dem zur Drehachse der Globoidkurve 16 nicht
rotationssymmetrischen Teil der Nut 19 wird der Schwenkhebel 25 verschwenkt
und somit über
die gelenkige Verbindung 24 der Axialhebel 17 axial zur
Antriebswelle 13 bewegt. Mit dem Axialhebel 17 ist
der Greiferarm 12 verbunden, der somit aufgrund der Keilnutenverbindung 23 auf
der Antriebswelle 13 axial verschoben werden kann.
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Aus 3 ist
die mit der Globoidkurve 16 zwangsgekoppelte weitere Kurve 30 zu
ersehen, die um die Drehachse 33 dreht und an deren Außenkontur 34,
die selbstverständlich
unterschiedlich gestaltet werden kann, ein Rollenstern 31 mit
dem Zentrum 32 abrollt. Das Zentrum 32 des Rollensterns 31 stellt
gewissermaßen
den Träger
der Rollen 35 dar und ist mit dem Bewegungsmechanismus
der Arbeitsraumtüre 1 verbunden und
treibt somit die Arbeitsraumtüre 1 in
der beschriebenen Weise an.
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Mit dem beschriebenen Werkzeugwechselsystem
lässt sich
eine extrem schnelle Taktzeit ermöglichen, wobei die Arbeitsraumtüre 1 nur
sehr kurz offen bleibt, wodurch sich die Stillstandszeit der Werkzeugmaschine
beträchtlich
vermindern lässt.
Eine hinreichend schnelle und synchrone Bewegung der Arbeitsraumtüre 1 zum
Greiferarm 12 wird durch die beschriebene Konstruktion
ermöglicht.