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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken von Werkzeugen in Werkzeugmagazinen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 7.
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Die Bearbeitung von Werkstücken durch spanende Formgebung erfolgt häufig auf Bearbeitungszentren mit automatischen Werkzeugwechslern. Am Bearbeitungsprozess sind meist mehrere Werkzeuge beteiligt, die in bestimmter Reihenfolge Bearbeitungen am Werkstück ausführen, zum Beispiel durch Bohren oder Fräsen. Die Werkzeuge unterliegen dabei einem Schneidenverschleiß, der in Form von Auskolkungen, Freiflächenverschleiß, Rissen usw. auftritt. Unter verschlissenen Werkzeugen sind Werkzeuge zu verstehen, deren Standzeitende erreicht ist und die aufgrund ungenügender Bearbeitungsqualität oder aufgrund von Erfahrungswerten nach einer bestimmten Einsatzdauer ausgetauscht werden müssen. Weil die am Bearbeitungsprozess beteiligten Werkzeuge meist unterschiedliche Einsatzdauer aufweisen, zum Beispiel aufgrund unterschiedlicher Einsatzintensität und/oder aufgrund unterschiedlicher Verschleißfestigkeit, ist ihre Auswechslung meist zu unterschiedlichen Zeiten fällig. Ebenso gelten gebrochene Werkzeuge als verschlissen, wenn ein identisches Ersatzwerkzeug im Werkzeugmagazin enthalten ist, mit dem die Bearbeitung ohne Unterbrechung fortgeführt werden kann.
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Bei bekannten Verfahren können die Werkzeuge hauptzeitparallel in Werkzeugmagazinen bestückt werden. Allerdings muss der Bearbeitungsprozess für einen bestimmten Zeitraum unterbrochen werden, vor allem bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung von Leichtmetallwerkstoffen.
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Es gibt verschiedene Arten von Werkzeugmagazinen, zum Beispiel Regalmagazine, Kettenmagazine, Scheibenmagazine oder Rechenmagazine, die zum Teil auf gleiche, zum Teil aber auch auf unterschiedliche Weise bestückt werden. Bestückung bedeutet das Austauschen von verschlissenen Werkzeugen gegen neue Werkzeuge oder, wenn das Magazin leer ist, nur das Befüllen mit neuen Werkzeugen.
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Es ist eine Werkzeugmaschine bekannt (
EP 0 263 682 ), die mit einem sternförmigen Werkzeugträgerspeicher versehen ist. Jeder Werkzeugträger nimmt eine Gruppe von Werkzeugen auf. Jeweils einer der Werkzeugträger wird über eine Wechselstation in eine Position in der Bearbeitungsmaschine transportiert, in der die Hauptspindel Werkzeuge entnehmen kann. Während der Bearbeitung können die Werkzeugträger im Werkzeugträgerspeicher neu bestückt werden. Während des Transports der Werkzeugträger zwischen dem Speicher und der Bearbeitungsmaschine muss der Bearbeitungsprozess unterbrochen werden, so dass unproduktive Stillstandzeiten entstehen. Einzelne verschlissene Werkzeuge können auch nicht aus dem in der Bearbeitungsmaschine befindlichen Werkzeugträger direkt ausgewechselt werden, sondern nur dann, wenn sich der Werkzeugträger im Werkzeugträgerspeicher befindet. Werden Werkzeuge nach ihrem jeweiligen Standzeitende ausgetauscht, entstehen in der Summe lange Maschinenstillstandzeiten.
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Bei einem bekannten Bearbeitungszentrum mit einem Werkzeugmagazin (
DE 199 50 318 C2 ) sind mehrere Werkzeugkammkassetten vorgesehen, die jeweils mit einer Gruppe von Werkzeugen versehen sind. Die Kassetten sind in einem kreisförmigen Scheibenmagazin untergebracht. Über eine Handhabungseinrichtung kann je eine Kassette in eine untere Position gebracht werden, in der ein Maschinenbediener hauptzeitparallel eine Einzelbestückung mit neuen Werkzeugen vornehmen kann. Eine direkte Bestückung der Werkzeugspeicherplätze in den Werkzeugkammkassetten, aus denen die Werkzeuge von der Hauptspindel im Pick-up-Verfahren entnommen werden, ist nicht möglich, so dass im Falle von verschlissenen Werkzeugen ein Austausch über die Kassetten in der unteren Regalposition erforderlich ist. Da die Werkzeuge in den einzelnen Werkzeugkammkassetten in der Reihenfolge des Bearbeitungsprozesses sortiert vorliegen, muss der Bearbeitungsprozess beim Verfahren einer Kassette in die untere Regalposition meist unterbrochen werden, weil nachfolgend benötigte Werkzeuge zusammen mit der neu zu bestückenden Kassette in die Bestückungsposition gefahren werden. Hierdurch entstehen unproduktive Maschinenstillstandzeiten.
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Es sind auch Regalmagazine bekannt, die hauptzeitparallel bestückt werden können. Dazu werden verschlissene Werkzeuge innerhalb der Maschine mit einer Bereitstellungsseinrichtung des Werkzeugmagazins in Ablageplätzen einer Schleuse abgelegt. Neue Werkzeuge werden von außerhalb durch einen Maschinenbediener ebenfalls an der Schleuse abgelegt. Sie wird gedreht, so dass die neuen Werkzeuge von der Bereitstellungseinrichtung in die entsprechenden Werkzeugmagazinplätze verbracht werden können. Aufgrund der großen Distanzen in Regalmagazinen entstehen durch diese Vorgehensweise Maschinenstillstandzeiten dann, wenn die Bereitstellungseinrichtung durch das Ablegen verschlissener Werkzeuge in die Schleuse bzw. durch das Einsortieren der neuen Werkzeuge belegt ist und während dieses Vorganges keine Werkzeuge für die Einwechslung in die Hauptspindel bereitgestellt werden können. Diese Problematik tritt vor allem bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung von Leichtmetallwerkstoffen, zum Beispiel Aluminium oder Magnesium, auf, bei der die Hauptzeit oft nur wenige Sekunden beträgt. Werkstücke aus diesen Werkstoffen, wie zum Beispiel Zylinderkurbelgehäuse oder Getriebegehäuse, werden in hoher Stückzahl von Automobilherstellern häufig in Fertigungssystemen produziert, die aus mehreren Bearbeitungszentren bestehen. Die genannten Randbedingungen führen zur Unterbrechung der Bearbeitung, so dass die Möglichkeit der hauptzeitparallelen Magazinbestückung nicht mehr zum Tragen kommt, wodurch die grundsätzlich hohe Produktivität der Maschine stark verringert wird. Als Folge hiervon steigen die Stückkosten, wodurch diese Maschinenkonzepte für die Bearbeitung von Leichtmetallwerkstücken nur noch bedingt geeignet sind.
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Es sind ferner Bearbeitungszentren mit Kettenmagazinen bekannt. Dieser Werkzeugmagazintyp zeichnet sich bis zu einer bestimmten Werkzeuganzahl durch sehr geringe Bereitstellungszeiten und einfachen Aufbau aus. Bei einer besonderen Ausbildung werden die Werkzeuge mit ihrem Werkzeugschaft nicht direkt in Spannzangen im Kettenmagazin aufgenommen, sondern in Adaptern. Zur Bestückung des Magazins wird jeweils nach dem Stillsetzen der Maschine und nach dem Öffnen einer Schutzklappe ein Werkzeug zusammen mit dem Adapter aus dem Magazin herausgeschoben. Bei Bestückung des Werkzeugmagazins durch den Bediener wird die Maschine dann stillgesetzt, wenn sie ein neues Werkzeug anfordert und der Bediener die Bestückung aber noch nicht abgeschlossen hat. Aus Sicherheitsgründen darf die Kette nämlich nicht bewegt werden, solange die Schutztür geöffnet ist.
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Es sind auch Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen zwei voneinander unabhängige Kettenmagazine auf einander gegenüberliegenden Seiten eines drehbaren Turmes angebracht sind. Das erste Kettenmagazin kann hauptzeitparallel beladen werden, während aus dem zweiten Kettenmagazin Werkzeuge für die Hauptspindel bereitgestellt werden. Zum Austauschen verschlissener Werkzeuge aus dem zweiten Kettenmagazin muss allerdings der Turm gedreht werden, wodurch der Bearbeitungsprozess dann unterbrochen wird, wenn für die weitere Bearbeitung ein neues Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin benötigt wird, der Bediener die Bestückung aber noch nicht abgeschlossen hat. Dies ist vor allem bei kurzen Hauptzeiten der Fall.
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Beim gattungsgemäßen Verfahren sowie der gattungsgemäßen Vorrichtung (
EP 0 803 319 A1 ) werden die Werkzeuge zunächst von der Bestückungsposition in der Bestückungseinrichtung in eine Zwischenposition transportiert, aus der sie mit einer Transporteinrichtung in die Übergabeposition weitertransportiert werden. Der Bestückungsvorgang benötigt darum eine entsprechende Zeit. Da der Transport des Werkzeuges während des Zeitfensters hauptzeitparallel erfolgen sollte, wird die Bestückungsoperation dann kritisch, wenn die Hauptzeit nur wenige Sekunden beträgt. Dies ist beispielsweise bei Hochgeschwindigkeitszerspanungen von Leichtmetallwerkstoffen, wie Aluminium oder Magnesium, der Fall.
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Aus der
DE 37 15 874 C1 ist ein Werkzeugmagazin in Form eines Kettenmagazins bekannt. Die Werkzeuge befinden sich in einer Werkzeugkassette, die Aufnahmen für die Werkzeuge hat. Um neue Werkzeuge in das Werkzeugmagazin einzuwechseln bzw. verschlissene Werkzeuge aus dem Werkzeugmagazin aufzunehmen, wird die Werkzeugkassette längs des Werkzeugmagazins verfahren. Die Werkzeugkassette wird zuvor in einer Be- und Entladestation mit neuen Werkzeugen bestückt. In dieser Be- und Entladestation werden auch die verschlissenen Werkzeuge entnommen.
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Es ist weiter bekannt (
DE 198 31 778 C1 ), mittels eines Werkzeugwechslers unterschiedliche Werkzeugmagazine zu bedienen. Die Werkzeuge werden mittels des Werkzeugwechslers einem Vormagazin bzw. einem Sondermagazin entnommen und in das Standardmagazin transportiert. Die nicht mehr benötigten bzw. verschlissenen Werkzeuge werden aus dem Standardmagazin in das Vormagazin oder in das Sondermagazin transportiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, dass eine Bestückung ohne Unterbrechung des Bearbeitungsprozesses möglich ist, auch wenn die Hauptzeiten kurz sind.
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Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 7 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Werkzeuge unmittelbar aus der Bestückungsposition in die Übergabeposition mittels einer entsprechenden Transporteinrichtung transportiert. Dadurch kann die Bestückungsoperation auch dann optimal durchgeführt werden, wenn die Hauptzeiten gering sind. Der Transportvorgang des Werkzeuges benötigt nur wenig Zeit und kann innerhalb eines Zeitfensters durchgeführt werden.
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Vorteilhaft trennen eine oder mehrere Schutzklappen bzw. Schutztüren die Bestückungsposition vom Werkzeugmagazin und verhindern, dass das Bedienpersonal in das sich bewegende Werkzeugmagazin greifen kann. Es ist nach dem Transport und nach dem Schließen der Schutztür sofort wieder einsatzbereit und kann ein neues Werkzeug in die Übergabeposition zur Hauptspindel bereitstellen.
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Vorteilhaft ist, wenn die Werkzeugbestückung in das gleiche Werkzeugmagazin erfolgt, aus dem auch die Werkzeuge für die Bearbeitungsprozesse in die Hauptspindel übergeben werden. Ein weiteres Werkzeugmagazin ist dann nicht erforderlich.
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Von Vorteil ist, wenn der Adapter zusammen mit dem Werkzeug mittels einer einfachen Wechselvorrichtung aus seiner Position im Werkzeugmagazin entnommen und auf eine komplizierte, störanfällige Handhabungseinrichtung verzichtet werden kann. Die Adapter sind dabei so ausgebildet, dass sie jeweils ein Werkzeug aufnehmen können und zur Wechselvorrichtung immer die gleiche Schnittstelle aufweisen. Die Werkzeuge können in Form, Länge und Durchmesser unterschiedlich sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft so ausgebildet, dass gleichzeitig nur ein Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin ausgetauscht werden kann. Eine solche Ausbildung wird besonders vorteilhaft dann eingesetzt, wenn die Werkzeuge unterschiedlich lange Standzeiten aufweisen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung können gleichzeitig mehrere Werkzeuge aus dem Werkzeugmagazin ausgetauscht werden. Eine solche Vorrichtung wird bevorzugt dann eingesetzt, wenn die Werkzeuge gleich lange Standzeiten aufweisen oder wenn ganze Werkzeuggruppen für die Fertigung neuer Werkstücke ausgetauscht werden müssen.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgeführt, dass wahlweise nur ein einzelnes oder mehrere Werkzeuge gleichzeitig ausgetauscht werden können.
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Eine verschlissenes Werkzeug kann mit seinem Adapter über die Wechselvorrichtung nur dann aus dem Werkzeugmagazin in die Bestückungsposition transportiert werden, wenn sich das entsprechende Werkzeug im Werkzeugmagazin in der Übergabeposition befindet. Ebenso kann ein neues, scharfes Werkzeug mit seinem Adapter über die Wechselvorrichtung nur dann in das Werkzeugmagazin transportiert werden, wenn sich der entsprechende freie Magazinplatz in der Übergabeposition befindet. Werden mehrere Werkzeuge gleichzeitig bestückt, so ist jedem Werkzeug eine Übergabeposition zugeordnet.
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Für das Transportieren eines verschlissenen Werkzeuges aus dem Magazin bzw. für das Transportieren eines neuen, scharfen Werkzeuges steht dann ein von der Maschinensteuerung aus bekannten Prozessdaten errechnetes Zeitfenster zur Verfügung. Erfolgt der Werkzeugwechsel in die Maschinenspindel aus dem Werkzeug Magazin über einen Wechselgreifer, so ist erstens die Bearbeitungszeit des dann in der Spindel befindlichen Werkzeuges, zweitens die Bereitstellungszeit des für den nächsten Prozessschritt erforderlichen Werkzeuges in den Wechselgreifer und drittens die Verfahrzeit des Werkzeugmagazins in die Bereitstellungsposition zur Aufnahme des momentan in der Hauptspindel befindlichen Werkzeuges maßgeblich für die Berechnung des Zeitfensters. Innerhalb dieses Zeitfensters kann das Werkzeugmagazin das verschlissene Werkzeug in die Übergabeposition fahren, in der es zusammen mit dem Adapter automatisch oder manuell in die Bestückungsposition transportiert werden kann. Durch diese Verfahrensweise wird ein ununterbrochener Produktionsablauf gewährleistet.
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Für die Vorausberechnung der Zeitfenster ist eine komplexe Software erforderlich, die immer an das Bearbeitungsprogramm angepasst werden muss. In einer besonders vorteilhaften Variante werden die Zeitfenster deshalb mit Hilfe einer Analysesoftware ermittelt, die während des Ablaufs eines Bearbeitungszyklus automatisch ermittelt, wie lange die einzelnen Zeitfenster sind. Die Software ist quasi selbstlernend und dadurch für alle Programme anwendbar. Diese Vorgehensweise ist gegenüber der Vorausberechnung flexibler, weil aktuelle Werte für die Zeitfenster bei Änderungen im Programmablauf bereits nach einem Bearbeitungszyklus zur Verfügung stehen.
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Erfolgt der Werkzeugwechsel in die Maschinenspindel aus dem Werkzeugmagazin im Pick-up-Verfahren, verlängert sich das Zeitfenster, weil die Bereitstellung eines neuen Werkzeuges entfällt. Im Pick-up-Verfahren wird ein neues Werkzeug erst dann bereitgestellt, wenn das in der Spindel befindliche Werkzeug im Werkzeugmagazin abgelegt ist.
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Unterbleibt der Transport des verschlissenen Werkzeuges aus der Übergabeposition in die Bestückungsposition oder umgekehrt während des Zeitfensters, wird der Bearbeitungsprozess fortgesetzt. Die Entnahme kann dann erst wieder beim nächsten Zeitfenster erfolgen.
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Der Zeitpunkt des Austausches von Werkzeugen kann vom Maschinenbediener aufgrund von Erfahrungswerten vorgenommen werden, etwa wenn eine Oberflächenqualität nicht mehr den Forderungen entspricht. Er teilt der Steuerung dann den beabsichtigten Wechsel mit. Die Steuerung berechnet die erforderlichen Programmschritte und fährt das Werkzeugmagazin während des Zeitfensters in die Übergabeposition.
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Der Zeitpunkt des Austausches von Werkzeugen kann aber auch in der Maschinensteuerung abgelegt und dem Maschinenbediener mit einer Meldung auf einem Bildschirm angezeigt werden. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn mit der Maschine immer die gleichen Werkstücke in hoher Stückzahl bearbeitet werden, zum Beispiel bei Fertigungseinrichtungen in der Automobilindustrie. Hier liegen in der Regel qualifizierte Erfahrungswerte über die Einsatzdauer der einzelnen Werkzeuge vor.
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Die Daten aus der Maschinensteuerung können auch in ein Werkzeugbereitstellungszentrum übermittelt werden, in dem rechtzeitig vor dem Austausch der verschlissenen Werkzeuge neue Werkzeuge vorbereitet und zur Auswechslung an die Maschine gebracht werden können. Der Maschinenbediener kann dann rechtzeitig neue Werkzeuge in die Bestückungsposition bringen.
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Besonders einfach wird das Bestücken des Werkzeugmagazins für den Maschinenbediener, wenn zusätzlich zum Bildschirm der Maschinensteuerung ein Bildschirm im Sichtbereich der Bestückungsposition die genaue Bezeichnung des zu wechselnden Werkzeuges anzeigt. Erfolgt der Transport manuell durch den Bediener, ist es außerdem vorteilhaft, in der Anzeige die zum Betätigen der Wechseleinrichtung zur Verfügung stehende Zeit, also das Zeitfenster, anzuzeigen.
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Es ist auch möglich, in hochautomatisierten Anlagen die Werkzeugbestückung über eine Handhabungseinrichtung automatisch vorzunehmen. Neue Werkzeuge werden dann beispielsweise in einer Werkzeugpalette bereitgestellt. Ein Roboter entnimmt verbrauchte Werkzeuge dem Adapter in der Bestückungsposition und fügt ein neues Werkzeug in den Adapter ein. Die Wechselvorrichtung wird dann während des Zeitfensters automatisch betätigt.
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Selbstverständlich kann die Wechseleinrichtung auch zur Werkzeugbestückung gebrochener oder aus sonstigen Gründen zu wechselnder Werkzeuge verwendet werden, wenn die Maschine aufgrund einer geplanten oder ungeplanten Produktionsunterbrechung stillsteht.
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Besonders vorteilhaft ist die vor allem bei manuellem Werkzeugtausch gute Zugänglichkeit zur Bestückungsposition, die der Maschinenbediener ohne Leiter oder Podeste erreichen kann.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
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1 in Vorderansicht eine Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugbestückungseinrichtung in schematischer Darstellung,
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2 in Vorderansicht und in schematischer Darstellung ein Kettenmagazin mit einer nicht zur Erfindung gehörenden Werkzeugbestückungseinrichtung zur automatischen Bestückung eines einzelnen Werkzeuges
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3 in Vorderansicht und in schematischer Darstellung ein Kettenmagazin mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugbestückungseinrichtung zur manuellen Bestückung eines einzelnen oder mehrerer Werkzeuge,
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4 in Vorderansicht und in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Kettenmagazins mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugbestückungseinrichtung zur automatischen Bestückung eines einzelnen oder mehrerer Werkzeuge,
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5 in Vorderansicht und in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Kettenmagazins mit einer nicht zur Erfindung gehörenden Werkzeugbestückungseinrichtung zur automatischen Bestückung eines einzelnen oder mehrerer Werkzeuge,
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6 in Vorderansicht und in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Kettenmagazins mit einer nicht zur Erfindung gehörenden Werkzeugbestückungseinrichtung zur automatischen Bestückung eines einzelnen Werkzeuges, wobei die Bestückungseinrichtung als Kettenmagazin ausgebildet ist,
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7 in Vorderansicht und in schematischer Darstellung eine Vorrichtung mit einer nicht zur Erfindung gehörenden Werkzeugbestückungseinrichtung mit einer weiteren Ausführungsform eines Kettenmagazins,
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8 in Vorderansicht und in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Kettenmagazins mit einer nicht zur Erfindung gehörenden Werkzeugbestückungseinrichtung zur automatischen Bestückung eines einzelnen Werkzeuges, wobei der Werkzeugwechsler gleichzeitig die Funktion einer Transporteinrichtung der Werkzeugbestückungseinrichtung übernimmt.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 mit einem einspindeligen Bearbeitungszentrum 34. Es hat ein Gestell 3, auf dem ein Schlitten 4 in Y-Richtung verfahrbar ist. Der Schlitten 4 trägt einen Spindelkopf 5 für ein Werkzeug 6. Die Achse 7 einer Spindel 8 des Spindelkopfes 5 liegt horizontal. Die Vorrichtung 1 hat ferner einen Werkstückträger 15, auf dem ein Werkstück 9 festgespannt wird. Der Spindel 8 des Bearbeitungszentrums 34 ist ein Werkzeugmagazin 24 zugeordnet, das als Kettenmagazin ausgebildet ist und in einer Vertikalebene liegt. Das Kettenmagazin 24 hat wenigstens eine endlos umlaufende Kette 45, an der die zur Bearbeitung des Werkstückes 9 erforderlichen Werkzeuge 6 gelagert sind. Zum Werkzeugwechsel wird die Spindel 8 durch Verfahren in Y- und Z-Richtung zu einem Werkzeugwechsler 58 gefahren. Er hat einen Greifer 59 in Form eines Doppelarmgreifers, der um eine in Z-Richtung liegende Achse 60 schwenkbar ist. In 1 ist mit gestrichelten Linien die Lage des Spindelkopfes 5 beim Wechselvorgang angedeutet. Mit dem einen Arm des Greifers 59 wird das in der Spindel 8 sitzende Werkzeug 6 erfasst. Anschließend wird der Greifer 59 um die Achse 60 um 180° geschwenkt. Im anderen Arm des Greifers 59 befindet sich ein dem Werkzeugmagazin 24 entnommenes neues Werkzeug, das durch diesen 180°-Schwenkvorgang in den Bereich der Spindel 8 gebracht und dort in bekannter Weise eingesetzt wird. Die Ausbildung und Funktion des Werkzeugwechslers 58 ist bekannt und wird darum auch nicht näher beschrieben. Durch diesen Werkzeugwechsler 58 werden sehr kurze Span-zu-Span-Zeiten möglich, weil die Zeit zur Auswahl der Werkzeuge 6 durch Verfahren der Kette 45 des Kettenmagazins 24 in die entsprechende Position des Werkzeugwechslers 58 in die Hauptzeit der Vorrichtung 1 fällt. Solange mit dem in die Spindel 8 eingesetzten Werkzeug 6 das Werkstück 9 auf dem Werkstückträger 15 bearbeitet wird, wird die Kette 45 im Werkzeugmagazin 24 so bewegt, dass sich das einzuwechselnde Werkzeug im Griffbereich des Werkzeugwechslers 58 befindet. Wenn daher der Werkzeugwechsel vorgenommen werden soll, befindet sich das einzuwechselnde Werkzeug im Werkzeugmagazin 24 bereits in seiner Wechselposition.
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In besonders vorteilhafter Weise greift der Werkzeugwechsler 58 das Werkzeug 6 nicht direkt aus dem Werkzeugmagazin 24, sondern aus einer Bereitstellungsposition 70. Die Übergabe des im Werkzeugmagazin 24 befindlichen Werkzeuges 6 in die Bereitstellungsposition 70 ist an sich bekannt und wird darum auch nicht näher beschrieben.
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Zur Bestückung des Werkzeugmagazins 24 ist eine Bestückungseinrichtung 25 vorhanden, die so vorgesehen ist, dass sie von außen leicht zugänglich ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Bestückungseinrichtung 25 an der von der Vorrichtung 1 abgewandten Seite des Werkzeugmagazins 24 vorgesehen.
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2 zeigt das Werkzeugmagazin 24 zusammen mit der Bestückungseinrichtung 25. Sie ist so ausgelegt, dass jeweils ein Werkzeug 6 bestückt werden kann. Beispielhaft sind sechs Werkzeuge 6 im Werkzeugmagazin 24 dargestellt, die in Werkzeugmagazinplätzen 28 in Adaptern 30 abgelegt sind. Längs der Kette 45 des Werkzeugmagazins 24 sind selbstverständlich weitere Magazinplätze 28 vorgesehen. Die Werkzeuge 6 verbleiben sowohl im Werkzeugmagazin 24 als auch in der Bestückungseinrichtung 25 ständig im Adapter 30. Dadurch ist ein zuverlässiger und einfacher Transport der Werkzeuge zwischen Werkzeugmagazin 24 und Bestückungseinrichtung 25 sichergestellt. Soll ein Werkzeug 6 aus der Bestückungseinrichtung 25 in das Werkzeugmagazin 24 eingewechselt und ein verschlissenes Werkzeug 6 aus dem Werkzeugmagazin 24 der Bestückungseinrichtung 25 übergeben werden, müssen das neue Werkzeug innerhalb der Bestückungseinrichtung 25 in einer Bestückungsposition 37 und das verschlissene Werkzeug 6 im Werkzeugmagazin 24 in einer Übergabeposition 31 liegen. Durch Betätigen der Kette 45 wird das auszuwechselnde Werkzeug 6 in die Übergabeposition 31 gebracht. Das dem Werkzeugmagazin 24 zu entnehmende Werkzeug 6 mit dem zugehörigen Adapter 30 wird mit einer in 2 nur schematisch dargestellten automatischen Transporteinrichtung 32 aus der Übergabeposition 31 des stillgesetzten Werkzeugmagazins 24 in eine Zwischenposition 33 in der Bestückungseinrichtung 25 transportiert. Mit einer Transporteinrichtung 35 wird das verschlissene, in der Zwischenposition 33 befindliche Werkzeug 6 gegen das neue Werkzeug 6 ausgetauscht, das sich in der Bestückungsposition 37 befindet. Vorteilhaft ist die Transporteinrichtung 35 gleich oder ähnlich ausgebildet wie der Werkzeugwechsler 58. Dies hat den Vorteil, dass gleichzeitig durch einen 180°-Schwenkvorgang das in der Zwischenposition 33 befindliche verschlissene Werkzeug 6 und das in der Bestückungsposition 37 befindliche neue Werkzeug gegeneinander ausgetauscht werden können. Wenn sich das neue Werkzeug 6 nach diesem Wechselvorgang in der Zwischenposition 33 befindet, wird es mit der Transporteinrichtung 32 in die freie Übergabeposition 31 des Werkzeugmagazins 24 transportiert und dort auf dem freien Werkzeugmagazinplatz 28 im Werkzeugmagazin 24 abgelegt. Nach diesem Wechselvorgang steht das Werkzeugmagazin 24 für die Hauptspindel 8 der Vorrichtung 1 für einen eventuellen Werkzeugwechsel zur Verfügung.
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Die Transporteinrichtung 35 ist um eine senkrecht zu der die Kette 45 des Werkzeugmagazins 24 enthaltenden Ebene liegende Achse 46 schwenkbar. Im Bereich zwischen der Zwischenposition 33 und der Bestückungsposition 37 in der Bestückungseinrichtung 25 befindet sich eine Schutztür 38, die vorteilhaft zwangsgesteuert ist. Sie wird dann geöffnet, wenn der beschriebene Werkzeugtausch zwischen der Bestückungsposition 37 und der Zwischenposition 33 erfolgen soll. Ist dieser Werkzeugtausch abgeschlossen, wird die Schutztür 38 zwanggesteuert in die Schließstellung verstellt. Die Schutztür 38 kann aber auch durch eine (nicht dargestellte) Betätigungseinrichtung jeweils manuell in die Schließ- und in die Offenstellung verstellt werden. Durch die Schutztür 38 ist sichergestellt, dass die Bestückung der Bestückungsposition 37 mit dem neuen Werkzeug 6 bei geschlossener Schutztür problemlos vorgenommen werden kann. Solange dieser Werkzeugtausch in der Bestückungsposition 37 erfolgt, kann hinter der Schutztür 38 das Werkzeug 6 aus der Zwischenposition 33 mit der Transporteinrichtung 32 in das Werkzeugmagazin 24 eingewechselt oder das verschlissene Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin mit der Transporteinrichtung 32 in die Zwischenposition 33 gebracht werden.
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An der vom Werkzeugmagazin 24 abgewandten Seite der Bestückungseinrichtung 25 ist eine weitere Schutztür 39 vorgesehen. Sie ist so gesteuert, dass eine Bedienungsperson an die Bestückungsposition 37 nur dann gelangen kann, wenn die Transporteinrichtung 35 stillsteht. Dementsprechend ist die Schutztür 39 geschlossen, wenn mit der Transporteinrichtung 35 in der beschriebenen Weise der Werkzeugtransport innerhalb der Bestückungseinrichtung 25 erfolgt. Die Schutztür 39 wird ebenfalls vorteilhaft zwanggesteuert, kann aber auch manuell durch eine entsprechende Einrichtung betätigt werden.
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Der gesamte Transportvorgang der Werkzeuge mittels der Transporteinrichtungen 32, 35 dauert nur wenige Sekunden, vorzugsweise weniger als 2 Sekunden. Die Bestückung des Werkzeugmagazins 24 erfolgt hauptzeitparallel und ohne Unterbrechung des Bearbeitungsprozesses. Dies ermöglicht ein Zeitfenster, in dem das Werkzeugmagazin 24 keine Werkzeuge für die Spindel 8 bereitstellen muss. Dieses Zeitfenster wird von einer Maschinensteuerung aus bekannten Prozessdaten errechnet. Diese Vorgehensweise ist bekannt und wird darum auch nicht näher erläutert. Ist das Zeitfenster sehr klein, kann der Bestückungsvorgang auf mehrere Zeitfenster verteilt werden. So kann beispielsweise der Transport des Adapters 30 mit dem Werkzeug 6 aus der Übergabeposition 31 in die Zwischenposition 33 während des einen Zeitfensters erfolgen. Das Werkzeugmagazin 24 kann dann wieder Werkzeuge 6 für die Spindel 8 bereitstellen. In einem weiteren Zeitfenster kann dann die Transporteinrichtung 35 das verschlissene Werkzeug 6 mit Adapter 30 aus der Zwischenposition 33 in die Bestückungsposition 37 transportieren und dabei gleichzeitig das in der Bestückungsposition 37 bereitgestellte Werkzeug 6 mit Adapter 30 in die Zwischenposition 33 bringen. Schließlich kann in einem dritten Zeitfenster das neue Werkzeug 6 mit Adapter 30 von der Zwischenposition 33 in die Übergabeposition 31 transportiert werden. Eine solche Aufteilung des Bestückungsvorganges auf mehrere Zeitfenster kann dann erforderlich werden, wenn die Zeitfenster aufgrund extrem kurzer Hauptzeiten fortwährend kürzer sind als die Zeiten für einen kompletten Bestückungsvorgang. In der Mehrzahl der Anwendungsfälle jedoch wird die Dauer eines einzigen Zeitfensters für einen kompletten Bestückungsvorgang ausreichen. Die Bestückung der Bestückungsposition 37 mit neuen Werkzeugen 6 erfolgt normalerweise manuell durch einen Maschinenbediener, Diese Bestückung kann aber auch automatisch erfolgen, beispielsweise durch einen Roboter.
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Bei der Ausführungsform gemäß 3 werden die Werkzeuge 6 mit den Adaptern 30 aus der Bestückungsposition 37 unmittelbar in die Übergabeposition 31 und umgekehrt transportiert. Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform fehlt die Zwischenposition 33. Die Transporteinrichtung 32 wird von einem Maschinenbediener zwischen der Bestückungsposition 37 und der Übergabeposition 31 manuell hin- und herbewegt. Zunächst wird durch Antrieb der Kette 45 des Werkzeugmagazins 24 das verschlissene Werkzeug in die Übergabeposition 31 gebracht. Sobald sich dieses Werkzeug 6 mit Adapter 30 in der Übergabeposition 31 befindet, liefert die Maschinensteuerung ein Signal an den Maschinenbediener. Er kann nunmehr die Schutztür 38 öffnen und mit der Transporteinrichtung 32 das verschlissene Werkzeug 6 mit Adapter 30 aus der Übergabeposition 31 in die Bestückungsposition 37 in der Bestückungseinrichtung 25 transportieren. Dieser Transportvorgang benötigt wenig Zeit und kann innerhalb eines Zeitfensters durchgeführt werden. Sobald das verschlissene Werkzeug 6 mit Adapter 30 die Bestückungsposition 37 erreicht hat, wird die Schutztür 38 geschlossen. Dann steht das Werkzeugmagazin 24 wieder zur Bereitstellung von Werkzeugen 6 für die Spindel 8 zur Verfügung. Der Maschinenbediener kann nunmehr das in der Bestückungsposition 37 befindliche Werkzeug 6 gegen ein neues Werkzeug 6 austauschen. Mit einem Steuerbefehl teilt der Maschinenbediener der Maschinensteuerung mit, dass in der Bestückungsposition 37 ein neues Werkzeug 6 zum Einwechseln in das Werkzeugmagazin 24 bereitsteht. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung sieht der Maschinenbediener auf einem Bildschirm, wann ein Zeitfenster zum Öffnen der Schutztür 38 und zum Betätigen der Transporteinrichtung 32 zur Verfügung steht. Auch das Einwechseln des neuen Werkzeuges 6 benötigt wenig Zeit.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung können mehrere Werkzeuge auf ein Mal bestückt werden. Je nach Anforderung können alle oder nur bestimmte Werkzeuge 6 gleichzeitig bestückt werden. Der Vorteil liegt darin, dass die Zeit zum Transport der Werkzeuge zwischen der Übergabeposition 31 und der Bestückungsposition 37 unabhängig von der Anzahl der transportierten Werkzeuge ist und dass auch beim gleichzeitigen Bestücken mehrerer Werkzeuge eine Unterbrechung der Bearbeitung des Werkstückes 9 in der Vorrichtung 1 nicht erforderlich ist.
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Die Steuerbefehle von der Maschinensteuerung an den Maschinenbediener bzw. vom Maschinenbediener an die Maschinensteuerung können auch von einer entsprechenden Steuerung ausgeführt werden, so dass der Be- und Entladevorgang auch vollautomatisch durchgeführt werden kann.
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Eine solche Ausbildung zeigt 4, die im Wesentlichen gleich ausgebildet ist wie das Ausführungsbeispiel nach 3. Der Transport der Werkzeuge 6 zwischen der Übergabeposition 31 im Werkzeugmagazin 24 und der Bestückungsposition 37 in der Bestückungseinrichtung 25 erfolgt automatisch. Aus diesem Grunde ist zusätzlich zu der Schutztür 38 an der vom Werkzeugmagazin 24 abgewandten Seite der Bestückungseinrichtung 25 die weitere Schutztür 39 vorgesehen. Wie beim vorigen Ausführungsbeispiel werden die Werkzeuge 6 mit dem Adapter 30 mit der Transporteinrichtung 32 zwischen der Übergabeposition 31 und der Bestückungsposition 37 transportiert.
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Die Werkzeuge 6 können einzeln ausgetauscht werden. Es ist aber auch möglich, wie anhand der vorigen Ausführungsform beschrieben worden ist, gleichzeitig mehrere Werkzeuge zwischen der Übergabeposition 31 und der Bestückungsposition 37 zu transportieren. In diesem Falle ist selbstverständlich für jedes Werkzeug 6 eine eigene Transporteinrichtung 32 vorgesehen. Die Schutztür 39 ist während des Bestückungsvorganges geschlossen, während die innere Schutztür 38 während des Bestückungsvorganges geöffnet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Maschinenbediener während des Bestückungsvorganges nicht in die Bestückungseinrichtung 25 greifen kann.
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Bei der Ausführungsform gemäß 5 können mehrere Werkzeuge 6 gleichzeitig zwischen der Bestückungseinrichtung 25 und dem Werkzeugmagazin 24 transportiert werden. Hierfür ist allerdings nur die einzige Transporteinrichtung 32 vorgesehen, mit der die Werkzeuge 6 zwischen der Bestückungseinrichtung 25 und dem Werkzeugmagazin 24 transportiert werden können. In der Bestückungseinrichtung 25 befindet sich eine weitere Transporteinrichtung 36, welche die Werkzeuge 6 mit Adapter 30 senkrecht zur Transporteinrichtung 32 transportiert. Die Transporteinrichtung 36 transportiert die Werkzeuge 6 in der Ebene der Bestückungsposition 37 vertikal nach oben in die Zwischenposition 33, In der Bestückungsposition 37 werden die Werkzeuge 6 mit Adaptern 30 bestückt und mit der Transporteinrichtung 36 parallel zu den Trums der Kette 45 des Werkzeugmagazins 24 aufwärts transportiert. Die Werkzeuge 6 werden auf diese Weise nacheinander in die jeweilige Zwischenposition 33 transportiert, in der sie von der Transporteinheit 32 erfasst werden können. Mit ihr werden die Werkzeuge 6 in die Übergabeposition 31 im Werkzeugmagazin 24 transportiert.
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Vorteilhaft bei dieser Ausführung ist, dass nur eine einzige Transporteinrichtung 32 erforderlich ist, um die Werkzeuge 6 mit Adapter aus der Zwischenposition 33 in die Übergabeposition 31 und umgekehrt zu transportieren. Die Transporteinrichtung 32 wird nur in einem Zeitfenster betätigt, so dass im Übrigen das Werkzeugmagazin 24 während der Hauptzeit der Vorrichtung 1 zur Verfügung steht. Zum Bestücken der Werkzeuge 6 mit Adapter 30 in der Bestückungsposition 37 wird die Schutztür 39 geöffnet, die während des Transportes der Werkzeuge zwischen den einzelnen Positionen 31, 33, 37 geschlossen ist. Zum Einsetzen der Werkzeuge in die Bestückungseinrichtung 25 bzw. zur Entnahme der verschlissenen Werkzeuge wird die Schutztür 39 in die 5 mit strichpunktierten Linien angegebene Offenstellung bewegt. Bei geschlossener Schutztür 39 kann die Transporteinrichtung 36 auch außerhalb eines Zeitfensters bewegt werden, um ein Werkzeug 6 in die Zwischenposition 33 zu transportieren.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist die Bestückungseinrichtung als Kettenmagazin 40 ausgebildet. Es hat eine endlos umlaufende Kette 47, mit der die Werkzeuge 6 mit Adapter 30 im Kettenmagazin 40 transportiert werden können. Die Kette 47 liegt in einer Vertikalebene, die parallel zu der die Kette 45 des Werkzeugmagazins 24 enthaltenden Ebene liegt. Es ist auch möglich, beide Ketten 45, 47 in derselben Vertikalebene vorzusehen. Um verschlissene Werkzeuge 6 der Bestückungseinrichtung 40 zu entnehmen sowie neue Werkzeuge 6 in die Bestückungseinrichtung 40 einzusetzen, ist eine manuell zu bedienende Transporteinrichtung 41 vorgesehen. Sie ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und wird darum auch nicht näher erläutert. Im Ausführungsbeispiel befindet sich diese Transporteinrichtung 41 an der vom Werkzeugmagazin 24 abgewandten Seite der Bestückungseinrichtung 40. Die Transporteinrichtung 41 ist in Höhe der Bestückungsposition 37 des Werkzeugmagazins 40 vorgesehen. Die Werkzeuge 6 werden zwischen dieser Bestückungsposition 37 und der Zwischenposition 33 der Bestückungseinrichtung 40 mittels der Kette 47 transportiert. Die Bestückungsposition 37 und die Zwischenposition 33 liegen in jeweils einem Trum der endlos umlaufenden Kette 47. Die Werkzeuge 6 mit Adapter 30 werden zwischen der Zwischenposition 33 und der Übergabeposition 31 des Werkzeugmagazins 24 mit der automatischen Transporteinrichtung 32 transportiert. Der Austausch der Werkzeuge zwischen dem Werkzeugmagazin 24 und der Bestückungseinrichtung 40 erfolgt während eines genügend großen Zeitfensters während der Hauptzeit der Vorrichtung 1. Die Bestückungseinrichtung 40 ist kleiner als das Werkzeugmagazin 24, so dass in der Bestückungseinrichtung 40 eine kleinere Zahl von Werkzeugen 6 untergebracht ist als im Werkzeugmagazin 24.
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Mit dieser Ausführungsform wird der Vorteil erreicht, dass eine große Zahl von Werkzeugen 6 in kurzer Zeit ohne Unterbrechung der Bearbeitung des in der Vorrichtung 1 befindlichen Werkstückes 9 haupt-zeitparallel ausgetauscht werden kann. Dies kann besonders vorteilhaft bei der sogenannten chaotischen Fertigung eingesetzt werden, bei der viele unterschiedliche Werkzeuge benötigt werden.
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7 zeigt die Vorrichtung 1 mit dem Werkzeugmagazin 24 und der Bestückungseinrichtung 40 in Form eines Kettenmagazins. Im Unterschied zur Ausführungsform nach 6 befindet sich die Bestückungseinrichtung 40 nicht neben, sondern unterhalb des Werkzeugmagazins 24. Die Vorrichtung 1 weist beispielhaft das einspindelige Bearbeitungszentrum 34 auf. Da die Bestückungseinrichtung 40 im Bereich unterhalb des Werkzeugmagazins 24 angeordnet ist, kann die Bestückungsposition 37 so vorgesehen sein, dass der Maschinenbediener verschlissene Werkzeuge 6 einfach der Bestückungseinrichtung 40 entnehmen und neue Werkzeuge 6 in die Bestückungseinrichtung 40 einsetzen kann. Im Übrigen sind das Werkzeugmagazin 24 und die Bestückungseinrichtung 40 gleich ausgebildet wie beim vorigen Ausführungsbeispiel. Die Werkzeuge 6 mit Adapter 30 werden von der Bestückungsposition 37 mit der Kette 47 zur Zwischenposition 33 transportiert, in der sie in der beschriebenen Weise zur Übergabeposition 31 transportiert werden. Mit der Kette 45 des Werkzeugmagazins 24 werden die Werkzeuge in den Bereich des Werkzeugwechslers 58 transportiert, mit dem sie in die Spindel 8 des Bearbeitungszentrums 34 eingesetzt werden können. Die Vorrichtung 1 ist im Übrigen gleich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß 1.
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8 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Werkzeugwechsler 58 im Bereich zwischen dem Werkzeugmagazin 24 und der Bestückungseinrichtung 40 angeordnet ist. Der Werkzeugwechsler 58 hat zwei Funktionen. Mit ihm werden die Werkzeuge 6 in der beschriebenen Weise der als Kettenmagazin ausgebildeten Bestückungseinrichtung 40 entnommen und zum Einsetzen in die Spindel 8 des Bearbeitungszentrums 34 der Vorrichtung 1 in der Bereitstellungsposition 70 bereitgestellt. Außerdem dient der Werkzeugwechsler 58 als Transporteinrichtung, mit welcher die Werkzeuge 6 zwischen dem Werkzeugmagazin 24 und der Bestückungseinrichtung 40 ausgetauscht werden können. Zum Entfernen eines verschlissenen Werkzeuges 6 aus dem Werkzeugmagazin 24 wird dieses aus der Übergabeposition 31 mit der Transporteinrichtung 32 in die Zwischenposition 33 transportiert. Gleichzeitig wird ein neues Werkzeug 6 von einer Übergabeposition 44 in der Bestückungseinrichtung 40 in eine Zwischenposition 43 mit einer Transporteinrichtung 42 transportiert. Der Werkzeugwechsler 58 wechselt das verschlissene Werkzeug und das neue Werkzeug zwischen den beiden Zwischenpositionen 33, 43, indem der Greifer 59 um 180° um die horizontale Achse 60 geschwenkt wird. Die Schwenkachse 60 liegt senkrecht zu der die Kette 45 des Werkzeugmagazins 24 enthaltenden Vertikalebene. Die Transporteinrichtungen 32, 42 transportieren anschließend die Werkzeuge in das Werkzeugmagazin 24 sowie in die Bestückungseinrichtung 40.
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Die Transporteinrichtungen 32, 42 transportieren die Werkzeuge 6 mit den Adaptern 30 in vertikaler Richtung. Die Bestückungsposition 37 liegt entsprechend der vorigen Ausführungsform in einer für den Maschinenbediener ergonomisch günstigen Position, so dass er die Werkzeuge an der Bestückungsposition 37 bequem in die Bestückungseinrichtung 40 einsetzen kann. Auch kann er über die Bestückungsposition 37 die verschlissenen Werkzeuge einfach entnehmen. In der Bestückungseinrichtung 40 werden die Werkzeuge mittels der Kette 47 zwischen der Übergabeposition 44 und der Bestückungsposition 37 transportiert.
