DE19724635A1 - Werkzeugmaschine mit Werkzeugauswechselvorrichtung - Google Patents
Werkzeugmaschine mit WerkzeugauswechselvorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, die
einen Arbeitsraum zum Bearbeiten von Werkstücken sowie eine
Spindel aufweist, in der eine Aufnahme für Werkzeuge zur Be
arbeitung der Werkstücke vorgesehen ist, wobei die Spindel
eine ggf. automatische Spannvorrichtung zum drehfesten Ein
spannen der Werkzeuge in die Aufnahme umfaßt.
Derartige Werkzeugmaschinen sind allgemein bekannt.
Bei einfachen Werkzeugmaschinen werden die Werkzeuge, die
häufig in genormten Werkzeughaltern eingespannt sind, von
Hand in die Spindel eingesetzt, wobei dort das Einspannen
ebenfalls von Hand oder aber automatisch erfolgen kann. Die
Zahl der zur Verfügung stehenden Werkzeuge ist bei derarti
gen, einfachen Werkzeugmaschinen quasi unbegrenzt, so daß bei
einer Aufspannung des Werkstückes im Arbeitsraum nacheinander
beliebig viele Werkzeuge zum Einsatz kommen können.
Von Nachteil ist hier jedoch zum einen der manuelle Einsatz,
der kostenintensiv ist. Andererseits ist von Nachteil, daß
der Werkzeugwechsel relativ langsam erfolgt, so daß eine sehr
große Span-zu-Span-Zeit resultiert, was unerwünscht ist. Der
artige einfache Werkzeugmaschinen eignen sich daher in der
Regel nur für Kleinserien.
Andere Werkzeugmaschinen weisen automatische Werkzeugwechsel
vorrichtungen auf, die aus einem Maschinenmagazin Werkzeuge
in die Spindel einwechseln. Dabei sind zwei verschiedene Ar
ten von Magazinen bekannt. Bei dem einen Magazin werden die
Werkzeuge in einem Tellermagazin, Kettenmagazin etc. gehal
ten, wobei an dem Spindelrohr der Werkzeugmaschine ein, vor
zugsweise zwei Greiferarme vorgesehen sind. Während einer der
beiden Greiferarme ein gebrauchtes Werkzeug aus der Spindel
entnimmt, überführt der andere Greiferarm ein einzuwechseln
des Werkzeug aus dem Maschinenmagazin in die Aufnahme in der
Spindel. Durch diesen "Gegentaktbetrieb" läßt sich ein sehr
schneller Werkzeugwechsel realisieren, wobei das Maschinenma
gazin in der Regel mit dem Spindelstock mitfährt, so daß sich
eine "variable Wechselebene" ergibt. Dies bedeutet, daß in
quasi jeder Position der Arbeitsspindel Werkzeuge ausgewech
selt werden können. Bei dem sich mitbewegenden Maschinenmaga
zin ist jedoch von Nachteil, daß dieses nur die Anzahl von
Werkzeugen aufnehmen kann, für die es ausgelegt ist, eine
nachträgliche Erweiterung ist nicht möglich. Wird das Maschi
nenmagazin aus diesem Grunde bereits von Anfang an für sehr
viele Werkzeuge ausgelegt, so weist es ein entsprechendes Ge
wicht auf, was sich bei der Bewegungsgeschwindigkeit des
Ständers als nachteilig erweisen kann.
Die z. Zt. schnellsten Maschinenmagazine/Werkzeugwechsel
vorrichtungen umfassen kranzartig an dem Spindelrohr bzw. an
einer Hülse angeordnete Greiferarme, von denen jeder ein ei
genes Werkzeug trägt, das sowohl in einer Magazinposition als
auch in der Arbeitsposition an dem Werkzeuggreifer des jewei
ligen Greiferarmes verbleibt. Derartige Maschinen
magazine/Werkzeugwechselvorrichtungen umfassen 8, 12, 16 oder
auch 20 Greiferarme und damit zu speichernde Werkzeuge. Weil
bei derart ausgerüsteten Werkzeugmaschinen keine Bewegungen
der Maschinenmagazine erforderlich sind, um das nächste Werk
zeug zum Einwechseln bereitzustellen, lassen sich sehr
schnelle Span-zu-Span-Zeiten erreichen.
Von Nachteil ist bei den zuletzt beschriebenen Werkzeugma
schinen jedoch, daß die Zahl der Werkzeuge, die in einer
Werkstückaufspannung eingesetzt werden können, begrenzt ist.
Die Zahl der Greiferarme kann nachträglich nicht mehr erhöht
werden, wobei aus geometrischen Gründen auch bei Neukonstruk
tionen die Zahl der Werkzeuge auf ca. 20 begrenzt ist. Hier
ist noch zu bedenken, daß die Werkzeuge in der Regel nicht
unmittelbar gehalten und eingespannt werden, sondern daß sie
an genormten Werkzeughaltern befestigt sind, z. B. einem SK- oder
HSK-Werkzeughalter. Diese genormten Werkzeughalter wei
sen nun wiederum beträchtliche seitliche Abmaße auf, woraus
die oben bereits erwähnte Beschränkung bezüglich der Zahl der
zur Verfügung stehenden Werkzeuge resultiert.
Wenn Werkstücke zu bearbeiten sind, für die in einer einzigen
Aufspannung mehr unterschiedliche Werkzeuge eingesetzt werden
müssen als dies bei den vorhandenen Werkzeugmaschinen möglich
ist, so werden die Werkstücke in der Regel auf zwei oder drei
unterschiedlichen Werkzeugmaschinen nacheinander bearbeitet,
wozu die Werkstücke jedoch von einer in die andere Maschine
überführt werden müssen, was wegen der unterschiedlichen Ein
spannung zu Genauigkeitsproblemen führt.
Der Anmelderin ist es auch bekannt, daß Werkstücke durch
Spindelgreifer, Wiegenplatten etc. auf derselben Werkzeug
maschine sogar umgespannt werden können, so daß hierdurch ein
noch höherer Bedarf an unterschiedlichen Werkzeugen entsteht,
denn mit der Zahl der Umspannungen eines Werkstückes steigt
in der Regel auch die Zahl der einzusetzenden Werkzeuge.
Zusammengefaßt bedeutet dies, daß gegenwärtig die Anforderun
gen bei Werkzeugmaschinen dahin gehen, daß immer mehr Werk
zeuge zur Verfügung gestellt werden müssen, wobei der Werk
zeugwechsel sehr schnell durchführbar sein muß. Darüber hin
aus sollen die mit der Lösung dieser Probleme verbundenen In
vestitionskosten selbstverständlich so gering wie möglich
sein.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin
dung, die eingangs genannten Werkzeugmaschine derart weiter
zubilden, daß die Zahl der verfügbaren Werkzeuge auf kon
struktiv einfache Weise erhöht und dennoch ein schneller
Werkzeugwechsel ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten
Werkzeugmaschine dadurch gelöst, daß eine Werkzeugauswechsel
vorrichtung vorgesehen ist, die ein externes Werkzeugmagazin
und eine Einrichtung zum Plazieren eines Werkzeuges aus dem
externen Werkzeugmagazin in dem Arbeitsraum umfaßt, derart,
daß die Spindel dieses Werkzeug anfahren und einspannen kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese
Weise vollkommen gelöst.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich er
kannt, daß es bei vielen Werkzeugmaschinen möglich ist, zu
sätzlich noch eine Werkzeugauswechselvorrichtung mit externem
Werkzeugmagazin vorzusehen. Der Grundgedanke der Erfindung
liegt darin, durch die Einrichtung zum Plazieren eines Werk
zeuges im wesentlichen die Positioniermöglichkeiten der Spin
del sowie deren automatische Spannvorrichtung zu verwenden,
um ein in den Arbeitsraum eingebrachtes Werkzeug aufzunehmen
und einzuspannen.
Unabhängig von der Konstruktion der Werkzeugmaschine und der
Art ihres Maschinenmagazines können durch das externe Werk
zeugmagazin weitere Werkzeuge bereitgestellt werden, von de
nen durch die genannte Einrichtung jeweils eines z. Zt. in
den Arbeitsraum eingebracht und dort von der Spindel für den
nächsten Bearbeitungsschritt aufgenommen werden kann.
Damit ist die neue Werkzeugauswechselvorrichtung aber auch
für Werkzeugmaschinen geeignet, die keine eigene Werkzeug
wechselvorrichtung aufweisen, jedoch mit einer automatischen
Spannvorrichtung versehen sind, wie es zur Arbeitserleichte
rung des Bedienungspersonals vielfach der Fall ist.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung auch eine
Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die ei
nen Arbeitsraum zum Bearbeiten von Werkstücken sowie eine
Spindel aufweist, in der eine Aufnahme für Werkzeuge zur Be
arbeitung der Werkstücke vorgesehen ist, wobei die Spindel
eine ggf. automatische Spannvorrichtung zum drehfesten Ein
spannen der Werkzeuge in die Aufnahme umfaßt, wobei die Werk
zeugauswechselvorrichtung ein externes Werkzeugmagazin und
eine Einrichtung zum Plazieren eines Werkzeuges aus dem ex
ternen Werkzeugmagazin in dem Arbeitsraum umfaßt, derart, daß
die Spindel dieses Werkzeug anfahren und einspannen kann.
Bei der neuen Werkzeugauswechselvorrichtung ist von Vorteil,
daß sie - wie oben bereits ausführlich beschrieben - bei un
terschiedlichen Werkzeugmaschinen nachgerüstet werden kann.
Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die neue Werk
zeugauswechselvorrichtung zusätzlich zum Maschinenmagazin be
reits bei der Konstruktion bzw. Fertigung einer neuen Werk
zeugmaschine vorzusehen.
In dem externen Werkzeugmagazin können z. B. solche Werkzeuge
gespeichert werden, die nur relativ selten eingesetzt werden
müssen, so daß die ggf. längere Zeit zum Einwechseln eines
Werkzeuges aus dem externen Werkzeugmagazin über alles gese
hen keine Zeitnachteile mit sich bringt. Hier ist nämlich zu
bedenken, daß es jetzt wegen der neuen Werkzeugauswechselvor
richtung nicht mehr erforderlich ist, ein Werkstück in eine
andere Werkzeugmaschine umzuspannen, bevor die letzten Arbei
ten an diesem Werkstück durchgeführt werden können. Insgesamt
ergibt sich damit eine deutlich flexiblere Fertigung, zumal
jetzt auch Spindelgreifer eingesetzt werden können, um das
Werkstück in ein und derselben Werkzeugmaschine in unter
schiedlichen Aufspannungen zu bearbeiten. Die Zahl der dabei
einzusetzenden Werkzeuge kann durch das externe Werkzeugmaga
zin dabei beliebig erhöht werden, wobei die häufig einzuset
zenden Standardwerkzeuge nach wie vor im Maschinenmagazin ge
halten werden.
Bei der neuen Werkzeugauswechselvorrichtung ist es dann be
vorzugt, wenn sie insgesamt an einem Träger aufgebaut ist,
der an einem festen Werkstücktisch oder einem Gestell der mit
der Werkzeugauswechselvorrichtung zu versehenden Werkzeugma
schine befestigt wird.
Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, die Werkzeugaus
wechselvorrichtung läßt sich auf sehr einfache Weise nachrü
sten, der Träger muß lediglich an dem Werkstücktisch oder dem
Gestell der nachzurüstenden Werkzeugmaschine befestigt wer
den. Sämtliche Justierungen der beweglichen Teile der Werk
zeugauswechselvorrichtung können vorab erfolgen.
Weiter ist es bevorzugt, wenn die Einrichtung zum Plazieren
eines Werkstückes einen Werkzeuggreifer mit aktiv zu öffnen
der Greiferhand umfaßt.
Hier ist von Vorteil, daß das gehaltene Werkstück sicher
transportiert wird und nur durch aktives Öffnen aus der Grei
ferhand entnommen werden kann. Das gehaltene Werkzeug kann
auch bei sehr schnellen Bewegungen der Einrichtung folglich
nicht aus der Greiferhand herausfallen.
Weiter ist es bevorzugt, wenn der Werkzeuggreifer ein Dop
pelgreifer mit zwei Greiferhänden ist, deren Positionen durch
Verschwenken des Doppelgreifers vertauschbar sind.
Mit dieser Maßnahme sind eine ganze Reihe von Vorteilen ver
bunden. Zum einen ermöglicht es der Doppelgreifer bei einer
einzigen Positionierung des Werkzeuggreifers im Arbeitsraum
sowohl ein Werkzeug aus der Spindel zu entnehmen als auch - nach
Verschwenken des Doppelgreifers - ein mitgebrachtes neu
es Werkzeug einzuwechseln. Auf diese Weise ist es weiter mög
lich, relativ zügig eine ganze Reihe von Werkzeugen aus dem
externen Werkzeugmagazin in das Maschinenmagazin einzuwech
seln. Nachdem die Spindel ein altes Werkzeug abgelegt und ein
neues Werkzeug aus der Werkzeugauswechselvorrichtung entnom
men hat, kann dieses neue Werkzeug jetzt durch die übliche
Werkzeugwechselvorrichtung in das Maschinenmagazin überführt
werden, woraufhin dann ein weiteres Werkzeug aus dem Maschi
nenmagazin in die Spindel eingesetzt wird, um dann mit Hilfe
der Werkzeugauswechselvorrichtung gegen ein weiteres Werkzeug
aus dem externen Werkzeugmagazin ausgetauscht zu werden. Auf
diese Weise können mit relativ wenig Bewegungsvorgängen
schnell Werkzeuge zwischen dem Maschinenmagazin und dem ex
ternen Werkzeugmagazin überführt werden.
Weiter ist es bevorzugt, wenn die oder jede Greiferhand über
einen nach oben vorstehenden Bolzen betätigbar ist, der zum
Öffnen der Greiferhand nach unten zu drücken ist.
Diese Maßnahme ist an sich bekannt. Ein derartiger Greifer
mit aktiv zu öffnender und unter Federkraft selbsttätig
schließender Hand ist z. B. aus dem europäischen Patent EP 0 291 828
bekannt, auf das hier ausdrücklich Bezug genommen
wird. Der Vorteil des Einsatzes einer derartigen Greiferhand
liegt darin, daß zum einen die Werkzeuge bzw. die Werkzeug
halter durch die schließenden Federkräfte sicher gehalten
werden und daß ein versehentliches Öffnen der Greiferhand
insbesondere während eines schnellen Plazierens nicht erfol
gen kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß das Öffnen
der Greiferhand z. B. durch Anfahren eines raumfesten Anschla
ges überall erfolgen kann. Im Zusammenhang mit der neuen
Werkzeugauswechselvorrichtung wird die Greiferhand jedoch
über das Spindelrohr geöffnet, das in Anlage mit dem Bolzen
gelangt, wenn die Spindel sich sozusagen auf das in dem Ar
beitsraum plazierte Werkzeug aufschiebt. Das bedeutet jedoch,
daß keine weiteren Betätigungsvorrichtungen an der neuen
Werkzeugauswechselvorrichtung vorgesehen werden müssen, um
die in den Arbeitsraum hinein bewegte Greiferhand aktiv zu
öffnen. Für dieses aktive Öffnen wird vielmehr die Bewegung
der Spindel verwendet.
Dabei ist es dann weiter bevorzugt, wenn der Werkstückgreifer
an einem Schwenkarm derart angeordnet ist, daß er beim Ver
schwenken des Schwenkarmes um seine Schwenkachse in den oder
aus dem Arbeitsraum seine winkelmäßige Ausrichtung nicht ver
ändert.
Hier ist von Vorteil, daß der Werkzeuggreifer durch den
Schwenkarm auf einfache und schnelle Weise in den Arbeitsraum
bewegt werden kann, wobei weiter von Vorteil ist, daß bei
diesem Verschwenken die Ausrichtung des Werkzeuggreifers er
halten bleibt, so daß keine nachträglichen Lagekorrekturen
erforderlich sind.
Es ist dann bevorzugt, wenn der Werkzeuggreifer auf einer
Welle sitzt, die über einen Riemen verdrehbar ist, der durch
den Schwenkarm verläuft und von einer weiteren Welle ange
trieben ist, die konzentrisch zur Schwenkachse verläuft.
Hier ist zunächst von Vorteil, daß der Werkzeuggreifer auch
dann noch verdreht werden kann, wenn er in den Arbeitsraum
hinein geschwenkt wurde. Zum Werkzeugwechsel über den Dop
pelgreifer ist es also nicht erforderlich, mit der Spindel
den Doppelgreifer zweimal unterschiedlich anzufahren, viel
mehr kann der Doppelgreifer z. B. eine 90°- oder 180°-Drehung
durchführen, was über den Riementrieb bewirkt wird. Durch die
konzentrische Anordnung der Antriebswelle des Riementriebes
wird ferner sichergestellt, daß sich der Werkstückgreifer in
seiner Winkelausrichtung nicht verändert, wenn er in den Ar
beitsraum eingeschwenkt wird. Hierzu ist es lediglich erfor
derlich, daß die beiden Riemenräder auf den beiden Wellen
gleiche Durchmesser haben.
Weiter ist es bevorzugt, wenn das externe Werkzeugmagazin
längsverschieblich gelagert ist, so daß es zur Werkzeugüber
gabe auf den Werkzeuggreifer zu bewegt werden kann.
Hier ist von Vorteil, daß eine weitere, von den übrigen Bewe
gungen entkoppelte Bewegung zur Werkzeugübergabe zwischen dem
externen Werkzeugmagazin und dem Werkzeuggreifer vorgesehen
ist, was sich auf konstruktiv einfache Weise an dem Träger
realisieren läßt. Ferner gestaltet sich der oben erwähnte
Riementrieb konstruktiv besonders einfach, wenn der Werkzeug
greifer seine Lage an dem Schwenkarm nicht verändert.
In einer Weiterbildung ist es dann bevorzugt, wenn das Werk
zeugmagazin die Werkzeuge unter Federspannung hält, wobei
vorzugsweise im Bereich des Werkzeugmagazines ein Betäti
gungsmechanismus für den Werkzeuggreifer vorgesehen ist, um
den Werkzeuggreifer für die Übergabe eines Werkzeuges an das
Werkzeugmagazin zu öffnen.
Diese Maßnahmen sind konstruktiv von Vorteil, sie ermöglichen
ein zielsicheres aktives Übergeben von Werkzeugen an das
Werkzeugmagazin, wobei durch den Betätigungsmechanismus be
stimmt wird, ob der Werkzeuggreifer ein Werkzeug in das Werk
zeugmagazin einsetzt oder aus diesem entnimmt.
Weiter ist es bevorzugt, wenn das Werkzeugmagazin ein Teller
magazin oder ein Kettenmagazin ist.
Hier ist von Vorteil, daß Tellermagazine sehr einfach aufge
baut sind und ggf. als Ganzes ausgewechselt werden können.
Hier ist es dann weiter bevorzugt, wenn das Tellermagazin
über ein Malteserkreuzgetriebe verdreht wird.
Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil. Wie es all
gemein bekannt ist, läßt sich ein Malteserkreuzgetriebe
leicht außer Eingriff bringen, so daß sich die längsver
schiebliche Lagerung des Werkzeugmagazines leicht realisieren
läßt. Es ist nicht erforderlich, daß der Motor und der Bolzen
des Malteserkreuzgetriebes mit verschoben werden.
Andererseits ist es bevorzugt, wenn das Tellermagazin über
einen Servomotor verdreht wird, der zusammen mit dem Teller
magazin längsverschieblich gelagert ist.
Hier ist von Vorteil, daß ein Servomotor ein erheblich
schnelleres Verdrehen des Tellermagazines ermöglicht, als es
bei einem Malteserkreuzgetriebe der Fall ist. Mit Hilfe des
Servomotors können nämlich Zwischenpositionen übergangen wer
den, was bei einem Malteserkreuzgetriebe nicht der Fall ist.
Allerdings muß der Servomotor jetzt zusammen mit dem Teller
magazin längsverschieblich gelagert werden, weil er nicht au
ßer Eingriff mit dem Tellermagazin geraten darf, um seine
Lageinformation nicht zu verlieren.
Die neue, nachrüstbare Werkzeugauswechselvorrichtung umfaßt
diverse, voneinander entkoppelte Antriebe. Zum einen gibt es
einen an dem Träger befestigten Schwenkantrieb, über den der
Schwenkarm in den Arbeitsraum hinein geschwenkt wird. Durch
den Schwenkarm hindurch arbeitet ein Drehantrieb für den
Werkzeuggreifer. Dieser Drehantrieb ist ein Riementrieb mit
zwei Riemenscheiben, die in der Drehachse des Werkzeuggrei
fers bzw. der Schwenkachse des Schwenkarmes liegen. Ferner
ist ein Antrieb zum linearen Verschieben des Tellermagazines
auf den Werkzeuggreifer zu bzw. von dem Werkzeuggreifer weg
vorgesehen. Diese Bewegung erfolgt dann, wenn der Werkzeug
greifer aus dem Arbeitsraum zurückgezogen ist und sich in ei
ner Position gegenüber des Tellermagazines befindet. Durch
das Aufeinanderzuschieben zwischen Werkzeuggreifer und Tel
lermagazin wird jetzt ein Werkzeug bzw. Werkzeughalter sozu
sagen sowohl von dem Werkzeuggreifer als auch von dem Teller
magazin gehalten. Sowohl am Tellermagazin als auch an der
Greiferhand sind feste Backen vorgesehen, die von unter
schiedlichen Seiten, aber aufeinander zu in die Greifernut am
Werkzeughalter angreifen. Auf der einen Seite der festen Bak
ken wirken die Federn des Tellermagazines während auf der an
deren Seite die beweglichen Backen der Greiferhand angeordnet
sind. Wenn die beweglichen Backen jetzt geöffnet werden, ver
bleibt das Werkzeug im Tellermagazin, während es bei ge
schlossenen Backen aus dem Tellermagazin herausgezogen wird,
wenn dieses wieder zurückgezogen wird.
Für die Betätigung der beweglichen Backen ist eine Art Hebel
vorgesehen, der auf den Bolzen drückt, über den die bewegli
chen Backen gespreizt werden. Als fünfter unabhängiger An
trieb ist noch der Drehantrieb für das Tellermagazin vorgese
hen. Alle fünf Antriebe sind an dem Träger der Werkzeugaus
wechselvorrichtung angeordnet, so daß sie zueinander justiert
werden können, bevor eine Werkzeugmaschine mit der neuen
Werkzeugauswechselvorrichtung bestückt wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je
weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombi
nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den
Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine neue Werkzeugmaschine in schematischer Seiten
ansicht und mit der neuen Werkzeugauswechselvor
richtung versehen;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine ausFig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Tellermagazin der Werkzeug
maschine aus Fig. 1;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht, die das Zusammen
wirken von Tellermagazin und Greiferhand bei der
Werkzeugmaschine aus Fig. 1 zeigt;
Fig. 5 in schematischer Seitenansicht den Riemenantrieb
für die Greiferhand bei der Werkzeugmaschine aus
Fig. 1;
Fig. 6 verschiedene Stadien beim Auswechseln eines Werk
zeuges zwischen Spindel und externem Werkzeugmaga
zin;
Fig. 7 in schematischer und ausschnittsweiser Seitenan
sicht die Werkzeugwechselvorrichtung der Werkzeug
maschine aus Fig. 1, mit einem Greiferarm in Ar
beitsposition; und
Fig. 8 eine Darstellung wie Fig. 7, jedoch mit dem Werk
zeug in Magazinposition.
In Fig. 1 ist mit 10 eine Werkzeugmaschine bezeichnet, die
eine Spindel 11 umfaßt, in der ein Werkzeug 12 eingespannt
ist, um in einem Arbeitsraum 13 ein schematisch angedeutetes
Werkstück 14 zu bearbeiten. Das Werkstück 14 ist auf einem
Werkstücktisch 15 aufgespannt.
Die Werkzeugmaschine 10 umfaßt ein Maschinenmagazin 16, in
dem verschiedene Werkzeuge 12 unter 45° in ihrer Magazinstel
lung gehalten sind. Ein derartiges Werkzeug 12' ist in Fig. 1
gezeigt. Jedes der Werkzeuge 12, 12' wird von einem eigenen
Greiferarm gehalten, wie dies im Zusammenhang mit den Fig. 7
und 8 noch beschrieben wird.
Die Werkzeugmaschine 10 umfaßt ein Maschinengestell 17, an
dem zum einen der Werkstücktisch 15 befestigt ist. Oben auf
dem Maschinengestell 17 sitzt ferner ein erster Schlitten 18,
der senkrecht zur Zeichenebene verfahrbar ist. Auf dem ersten
Schlitten 18 sitzt ein zweiter Schlitten 19, der in der Zei
chenebene der Fig. 1 waagerecht zu verfahren ist. An diesem
zweiten Schlitten 19 wiederum sitzt ein Spindelkopf 21, der
die Spindel 11 trägt, die in der Zeichenebene der Fig. 1
senkrecht zu verfahren ist. Durch den ersten Schlitten 18,
den zweiten Schlitten 19 sowie den Spindelkopf 21 kann die
Spindel 11 nahezu jeden Punkt im Arbeitsraum 13 der Werkzeug
maschine 10 anfahren, um das Werkstück 14 an beliebigen Stel
len zu bearbeiten. Während dieser Bearbeitung können ver
schiedene Werkzeuge 12, 12' aus dem Maschinenmagazin 16 ein
gewechselt werden. Häufig ist die Zahl der in dem Maschinen
magazin 16 gespeicherten Werkzeuge 12, 12' jedoch nicht aus
reichend, um alle an einem Werkstück 14 durchzuführenden Be
arbeitungen in einer einzigen Werkzeugmaschine 10 durchführen
zu können. Bei der in Fig. 1 in schematischer Seitenansicht
von links gezeigten Werkzeugmaschine sind z. B. insgesamt
zwölf Werkzeuge 12, 12' in dem Maschinenmagazin 16 vorhanden.
Um nun die Zahl der Werkzeuge 12, 12' zu erhöhen, ist die
Werkzeugmaschine 10 mit einer Werkzeugauswechselvorrichtung
22 versehen, die in Fig. 1 hinter dem Werkstücktisch 15 sowie
der Spindel 11 angeordnet ist, wie es sich besser aus Fig. 2
ergibt. Um den oberen Teil der Werkzeugauswechselvorrichtung
22 in Fig. 1 darstellen zu können, wurde der Spindelkopf 21
teilweise weggebrochen dargestellt.
Die Werkzeugauswechselvorrichtung 22 ist mit allen ihren Ag
gregaten an einem Träger 24 aufgebaut, der hinten an dem Ma
schinengestell 17 befestigt ist. Alternativ wäre es auch mög
lich, den Träger 24 an dem Werkstücktisch 15 zu befestigen.
Weil die Werkzeugauswechselvorrichtung 22 eine kompakte, ei
genständige Einheit ist, kann sie auch bei bestehenden Werk
zeugmaschinen jederzeit nachgerüstet werden. Je nach Bauart
der nachzurüstenden Werkzeugmaschine wird der Träger 24 dabei
an dem Maschinengestell 17 oder an dem Werkstücktisch 15 mon
tiert.
Die Werkzeugauswechselvorrichtung 22 umfaßt im wesentlichen
zwei Baueinheiten, nämlich einmal ein externes Werkzeugmaga
zin 25, in dem weitere Werkzeuge 12 gehalten sind. Ferner ist
eine Einrichtung 26 zum Plazieren der Werkzeuge 12 in dem Ar
beitsraum 13 vorgesehen.
An dem Träger 24 ist eine Art Portalarm 27 angeordnet, der an
seinem oberen Ende das externe Werkzeugmagazin 25 trägt. Die
Einrichtung 26 umfaßt einen zugeordneten Schwenkarm 28, der
um eine bei 29 angedeutete Schwenkachse verschwenkbar ist,
wozu ein Schwenkantrieb 31 vorgesehen ist.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 umfaßt der Schwenkan
trieb 31 eine um eine Schwenkachse 32 an dem Träger 24
schwenkbar befestigte Kolben-Zylindereinheit 33, deren Kolben
34 um eine Schwenkachse 35 verdrehbar gelenkig an dem
Schwenkarm 28 gelagert ist.
Wenn der Kolben 34 ausgefahren wird, dann schwenkt der
Schwenkarm 28 um die Schwenkachse 29 aus der Zeichenebene der
Fig. 1 heraus in den Arbeitsraum 13 hinein, wie dies anhand
von Fig. 2 weiter unten noch näher erläutert wird. Beim Ein
fahren des Kolbens 34 wird der Schwenkarm 28 entsprechend in
seine in Fig. 1 gezeigte Stellung zurückgefahren.
An seinem freien äußeren Ende trägt der Schwenkarm 28 ein
nach oben weisendes Rohr 37, an dessen oberem Ende ein
schwenkbarer Werkzeuggreifer 38 angeordnet ist. Der Werkzeu
greifer 38 ist dazu eingerichtet, Werkzeuge 12 aus dem exter
nen Werkzeugmagazin 25 zu entnehmen bzw. in dieses zurückzu
bringen. Wie die Übergabe von Werkzeugen zwischen dem Werk
zeuggreifer 38 und dem externen Werkzeugmagazin 25 geschieht,
wird weiter unten anhand der Fig. 3 und 4 erläutert.
Der Portalarm 27 trägt an seinem oberen Ende eine Schiene 41,
die in der in Fig. 1 gezeigten Stellung etwa parallel zu dem
Schwenkarm 28 verläuft. An der Schiene 41 ist ein Schlitten
42 in Richtung eines Pfeiles 43 längsverschieblich geführt,
wobei ein Schlittenantrieb 44 vorgesehen ist, um den Schlit
ten 42 zwischen seinen beiden Endpositionen hin- und herzu
schieben.
Der Schlitten 42 trägt ein nach unten weisendes Tellermagazin
45, in dem die Werkzeuge 12 gehaltert sind. Statt des Teller
magazins 45 kann auch ein Kettenmagazin verwendet werden.
Oben an dem Schlitten 42 ist ein Malteserkreuzgetriebe 46
vorgesehen, das über einen Motor 47 mit Kurbel 48 das Teller
magazin 45 verdreht. Jede Umdrehung der Kurbel 48 schaltet
das Tellermagazin 45 um eine Stellung weiter, wobei die ver
schiedenen, so definierten Stellungen jeweils so gewählt
sind, daß sich ein Werkzeug 12 bzw. ein Werkzeughalteplatz in
dem Tellermagazin 45 sowie ein Werkzeughalteplatz bzw. ein
Werkzeug 12'' in dem Werkzeuggreifer 38 gegenüberstehen. Zur
Übergabe von Werkzeugen 12 zwischen dem Werkzeuggreifer 38
und dem Tellermagazin 45 wird das letztere jetzt in Richtung
des Pfeiles 43 verschoben, so daß sowohl der Werkzeuggreifer
38 als auch das Tellermagazin 45 kurzfristig gemeinsam an dem
Werkzeug 12'' in Eingriff sind.
In noch zu beschreibender Weise wird jetzt durch einen bei 49
angedeuteten Betätigungsmechanismus in Richtung eines Pfeiles
51 eine Betätigungsbewegung auf den Werkzeuggreifer 38 ausge
übt, so daß dieser das Werkzeug 12' freigibt, so daß es in
dem Tellermagazin 45 bleibt, oder aber ein Werkzeug 12 er
greift, so daß er es beim Zurückfahren des Schlittens 42 aus
dem Tellermagazin 45 herauszieht.
Unter dem Träger 24 ist ein weiterer Schwenkantrieb 52 vorge
sehen, über den der Werkzeugreifer 38 um seine bei 53 ange
deutete Schwenkachse verschwenkt werden kann. In dem Ausfüh
rungsbeispiel der Fig. 1 umfaßt der Schwenkantrieb 52 eine
Kolben-Zylindereinheit 54, die um eine Schwenkachse 55 ver
drehbar an dem Träger 24 gelagert ist. Mit ihrem Kolben 56
ist die Kolben-Zylindereinheit 54 gelenkig mit einem Hebel 57
verbunden, der um die Schwenkachse 29 verdrehbar ist. Durch
das Verdrehen des Hebels 57 wird ein Riementrieb betätigt,
der durch den hohlen Schwenkarm 28 verläuft und den Werkzeug
greifer 38 verdreht. Wie dies erfolgt, wird im Zusammenhang
mit der Fig. 5 beschrieben.
In Fig. 2 ist die Werkzeugmaschine 10 aus Fig. 1 in der
Draufsicht gezeigt. Es ist zunächst zu erkennen, daß der
Werkzeuggreifer 38 ein Doppelgreifer 61 mit zwei Greiferhän
den 62, 63 ist. Durch Verschwenken um die Schwenkachse 53
mittels des Schwenkantriebes 52 wird jetzt eine der beiden
Greiferhände 62, 63 so ausgerichtet, daß sie auf das Teller
magazin 45 zuweist, in dem die Werkzeuge 12 gespeichert sind.
In der in Fig. 2 gezeigten Stellung hat die Greiferhand 62
ein Werkzeug 12' ergriffen, während die Greiferhand 63 leer
ist und ein neues Werkzeug aufgreifen kann.
Durch Ausfahren der Kolbenstange 34 wird der Schwenkarm 28
jetzt in die in Fig. 2 waagerecht gezeigte Stellung ver
schwenkt, so daß der Werkzeuggreifer 38 in den Arbeitsraum 13
der Werkzeugmaschine 10 hinein gelangt. Der Schwenkarm 28
schwenkt dabei um seine Schwenkachse 29, während die Kolben-
Zylindereinheit 33 um die Schwenkachse 32 sowie die Schwen
kachse 35 verdreht, was das Ausfahren des Schwenkarmes 28 be
wirkt.
In Fig. 2 ist mit einem durchgezogenen Kreis die Spindel 11
angedeutet, wobei durch zwölf strichpunktierte Linien, die
sternförmig von der Spindel 11 abgehen, Greiferarme 64 des
Werkzeugmagazines 16 schematisch angedeutet sind. Es ist zu
erkennen, daß die Greiferarme 64 einen Winkelbereich 65 von
ca. 90° freilassen. Dieser Bereich 65 ist dem Maschinenge
stell 17 zugewandt.
Vor dem Einschwenken des Schwenkarmes 28 längs eines Pfeiles
66 in den Arbeitsraum 13 wird die Spindel 11 in die bei 11'
gezeigte Position verschoben, so daß der Werkzeuggreifer 38
durch den Winkelbereich 65 hindurch unter die Spindel 11 ver
schwenkt wird. Der Schwenkarm 28 selbst geht dabei unter den
Werkzeugen 12' hindurch, die sich in ihrer Magazinposition
befinden, während das weiter nach oben vorstehende Rohr 37
mit dem dort befestigten Werkzeuggreifer 38 (siehe Fig. 1)
zur Vermeidung von Kollisionen mit den Werkzeugen 12' durch
den Winkelbereich 45 geführt werden muß.
Die Greiferhand 63 entnimmt jetzt das Werkzeug 12 aus der
Spindel 11, woraufhin dann der Werkzeuggreifer 38 um seine
Schwenkachse 53 verdreht wird, so daß das Werkzeug 12' jetzt
in die Spindel 11 eingesetzt werden kann. Daraufhin wird der
Schwenkarm 28 aus dem Arbeitsraum 13 zurückgeschwenkt und das
übernommene Werkzeug 12 kann in dem Tellermagazin 45 abgelegt
werden.
Die Übergabe zwischen Spindel 11 und Greiferhand 61, 62 er
folgt dadurch, daß die Spindel von oben auf das Werkzeug auf
fährt, woraufhin dann ein automatisches Verspannen des Werk
zeuges in der Spindel vonstatten geht. In diesem Zusammenhang
wird auch die Greiferhand auf noch zu beschreibende Weise ak
tiv geöffnet, so daß die Spindel das Werkzeug entnehmen kann.
Beim Einsetzen eines Werkzeuges aus der Spindel in eine Grei
ferhand fährt die Spindel wiederum die Greiferhand an, wo
raufhin das Werkzeug ausgekuppelt und beim Hochfahren der
Spindel automatisch geschlossen wird.
Die Werkzeugauswechselvorrichtung 22 kann damit sowohl zum
Überführen von Werkzeugen zwischen dem Maschinenmagazin 16
und dem Tellermagazin 45 dienen als auch zum kurzfristigen
Einwechseln für eine einmalige Bearbeitung eines Werkzeuges
12 aus dem Tellermagazin 45 in die Spindel 11. Durch das Tel
lermagazin 45, das seinerseits wiederum einfach ausgetauscht
werden kann, bietet sich hier die Möglichkeit, die Zahl der
verfügbaren Werkzeuge 12 nahezu beliebig zu steigern, wobei
das Auswechseln mittels der Werkzeugauswechselvorrichtung 22
nur unwesentlich langsamer erfolgt als der Werkzeugwechsel
mit dem Maschinenmagazin 16 selbst.
In Fig. 3 ist das Tellermagazin 45 in einer Draufsicht ge
zeigt. Es umfaßt zunächst eine Trägerplatte 71, in der im
Querschnitt halbkreisförmige Aufnahmen 72 vorgesehen sind. Um
die Aufnahmen 72 herum sind U-förmige Federstücke 73 angeord
net, die zum Halten der Werkzeuge 12 dienen, wie dies jetzt
anhand von Fig. 4 beschrieben wird.
In Fig. 4 ist schematisch in einer Seitenansicht der Bereich
des Tellermagazines 45 dargestellt. Zunächst ist zu erkennen,
daß an der Trägerplatte 71 die Federstücke 73 unterhalb der
Aufnahmen 72 vorgesehen sind, wobei die letzteren feste Bak
ken 74 bilden, mit denen sie in eine übliche Greifernut 75
eines Werkzeughalters 76 eingreifen. Die Federstücke 73 er
fassen den Werkzeughalter 76 an seinem Schaft 77 unterhalb
der Greifernut. Die Werkzeuge 12 sind in bekannter Weise je
weils mit einem derartigen Werkzeughalter 76 versehen.
Links neben dem Werkzeughalter 76 ist der Werkzeuggreifer 38
auf seinem Rohr 37 angedeutet, wobei die Greiferhand 62 auf
den Werkzeughalter 76 zuweist. Die Greiferhand 62 weist eben
falls feste Backen 78 auf, die in die Greifernut 75 eingrei
fen, wobei sie dabei nicht mit den festen Backen 74 des Tel
lermagazines 75 kollidieren. Oberhalb der festen Backen 78
sind bewegliche Backen 79 vorgesehen, die aktiv geöffnet wer
den können. Die beweglichen Backen 79 sind durch eine Feder
in ihre geschlossene Stellung vorgespannt, wo sie einen auf
genommenen Werkzeughalter 78 oberhalb der Greifernut 45 hal
ten. Durch Druck auf einen Bolzen 81 können die beweglichen
Backen 79 gegen die Kraft ihrer Schließfedern geöffnet wer
den, wodurch sie einen gehaltenen Werkzeughalter 76 freige
ben, so daß er seitlich aus den festen Backen 78 herausgenom
men werden kann. Eine derartige Greiferhand ist in dem euro
päischen Patent EP 0 291 828 B1 ausführlich beschrieben, so
daß wegen weiterer Einzelheiten auf diese Druckschrift ver
wiesen wird.
Zur Betätigung des Bolzens 81 ist an dem Schlitten 42 der Be
tätigungsmechanismus 49 vorgesehen, der einen Hebel 82 um
faßt, der bei 83 drehbar an dem Schlitten 42 gelagert ist.
Zur Betätigung des Hebels 82 ist eine Kolben-Zylindereinheit
84 vorgesehen, die einen Bolzen 85 aufweist, der in einem
Langloch 86 an dem Hebel 82 liegt. Wird die Kolben-
Zylindereinheit 84 in Richtung eines Pfeiles 87 eingefahren,
so schwenkt der Hebel mit seinem vorderen freien Ende 88 in
die gestrichelt gezeigte Position hoch. Der Schlitten 42 kann
durch den Schlittenantrieb 44 längs des Pfeiles 43 auf den
Werkzeuggreifer 38 zubewegt werden, wobei der Hebel 82 in
seiner durchgezogen gezeichneten Position steht, so daß der
Bolzen 81 unter das freie Ende 88 gerät, dabei nach unten ge
drückt wird und die beweglichen Backen 79 aktiv öffnet. Durch
Zurückziehen des Hebels 82 in die gestrichelt gezeigte Posi
tion werden die beweglichen Backen 79 dann wieder geschlos
sen, so daß beim Zurückfahren des Schlittens 42 der Werkzeug
halter 76 fest in der Greiferhand 62 gehalten wird, so daß er
aus dem Federstück 73 herausgezogen werden kann.
Soll dagegen ein Werkzeughalter 76 in das Tellermagazin 45
eingesetzt werden, so bleibt der Hebel 82 beim Zurückfahren
des Schlittens 42 in der durchgezogen gezeigten Position, wo
die beweglichen Backen 79 geöffnet sind. Der Werkzeughalter
76 wird nun durch die Kraft der Federstücke 73 aus der Grei
ferhand 62 herausgenommen.
In Fig. 4 ist ferner noch ein alternativer Antrieb für das
Tellermagazin 45 gezeigt. Die Trägerplatte 71 sitzt hier auf
einer Welle 89, die über einen Servomotor 90 angetrieben
wird. Der Servomotor 90 muß dazu auch an dem Schlitten 42 be
festigt werden, während dies bei dem Motor 47 nicht erforder
lich war, da dort das Malteserkreuzgetriebe 46 leicht außer
Eingriff bzw. in Eingriff zu bringen ist. Der Vorteil des
Servomotors 90 liegt jedoch darin, daß das Tellermagazin 45
nicht mehr schrittweise getaktet werden muß, sondern daß be
liebige Positionen unmittelbar angefahren werden können.
In Fig. 5 ist in einer ausschnittsweisen und schematischen
Seitenansicht der Riemenantrieb zum Verschwenken des Werk
zeughalters 38 näher dargestellt.
Zunächst ist zu erkennen, daß in dem Rohr 37 eine Welle 91
angeordnet ist, die um die Schwenkachse 53 verdrehbar ist und
an ihrem oberen Ende den Werkzeuggreifer 38 trägt. An ihrem
unteren Ende ist die Welle 91 mit einer Riemenscheibe 92 ver
bunden, auf der ein Riemen 93 sitzt, der sich durch den hoh
len Schwenkarm 28 zu einer weiteren Riemenscheibe 94 er
streckt. Die Riemenscheibe 94 sitzt auf einer Welle 95, die
um die Schwenkachse 29 verdrehbar ist. An ihrem unteren Ende
geht die Welle 95 in den Hebel 57 über, der um eine Schwen
kachse 96 verdrehbar mit der Kolben-Zylindereinheit 54 ver
bunden ist.
Der Schwenkarm 28 ist mit einem Rohr 97 verbunden, das kon
zentrisch zu der Welle 95 verläuft, diese drehbar aufnimmt
und selbst drehbar in einer Hülse 98 sitzt, die wiederum an
dem Träger 24 befestigt ist. An dem Schwenkarm 28 ist noch
ein Zapfen 99 vorgesehen, der konzentrisch zu der Schwenkach
se 35 verläuft und für die gelenkige Verbindung zu der Kol
ben-Zylindereinheit 33 sorgt.
Ein Ausfahren der Kolben-Zylindereinheit 54 wird jetzt über
den Hebel 57 in eine Drehbewegung der Riemenscheibe 94 und
über den Riemen 93 in eine Drehbewegung der Riemenscheibe 92
umgesetzt, wodurch wiederum der Werkzeuggreifer 38 ver
schwenkt wird. Unabhängig von dem Verschwenken des Werkzeug
greifers 38 kann über die Kolben-Zylindereinheit 33 der
Schwenkarm 28 verschwenkt werden, wobei sich das Rohr 97 dann
in der Hülse 98 verdreht. Dieses Verschwenken des Schwenkar
mes 28 hat keinen Einfluß auf die winkelmäßige Ausrichtung
des Werkzeuggreifers 38 zu dem Träger 24, wenn insbesondere
die beiden Riemenscheiben 92, 94 entsprechend aufeinander ab
gestimmt sind. Bei einem Verschwenken des Schwenkarmes 28
wird nämlich der Hebel 57 durch die Kolben-Zylindereinheit 54
festgehalten, so daß sich die Riemenscheibe 94 nicht verdre
hen kann. Beim Verschwenken des Schwenkarmes 28 wickelt sich
jetzt der Riemen 93 sozusagen in Schwenkrichtung um die Rie
menscheibe 94 herum, wodurch die Riemenscheibe 92 relativ zu
dem Schwenkarm 28 verdreht wird, so daß sich auch der Werk
zeuggreifer 38 relativ zu dem Schwenkarm 28 verdreht. Die
Schwenkbewegungen des Schwenkarmes 28 zu dem Träger 24 sowie
des Werkzeuggreifers 38 zu dem Schwenkarm 28 kompensieren
sich aber gerade, so daß die winkelmäßige Ausrichtung des
Werkzeuggreifers 38 zu dem Träger 28 erhalten bleibt. Hier
durch ergibt sich ein sehr einfaches Positionieren, wie jetzt
im Zusammenhang mit der Fig. 6 gezeigt werden soll.
In Fig. 6 sind schematisch die einzelnen Schritte angedeutet,
die durchgeführt werden müssen, damit ein in der Spindel 11
aufgenommenes Werkzeug 12 durch ein Werkzeug 12' ersetzt wer
den kann, das bereits von dem Doppelgreifer 61 erfaßt wurde.
Diese Ausgangssituation ist in Fig. 6a dargestellt.
Beim Übergang nach Fig. 6b wurde der Schwenkarm 28 in den Ar
beitsraum verschwenkt, so daß der Doppelgreifer 61 nun unter
der Spindel 11 angeordnet ist. Die Spindel 11 fährt nun das
Werkzeug 12 in die Greiferhand 62 ein, wobei sie mit ihrem
Spindelrohr die beweglichen Backen öffnet, wie dies bereits
anhand der Fig. 4 beschrieben wurde. Die Stirnseite des Spin
delrohres wirkt hier genauso wie das freie Ende 88 des Hebels
82 aus Fig. 4.
Nachdem das Werkzeug 12 in die Greiferhand 62 eingesetzt wur
de, kuppelt die Spindel 11 das Werkzeug 12 aus und fährt so
weit nach oben, daß sie den Werkzeughalter freigibt, an dem
das Werkzeug 12 befestigt ist.
Beim Übergang zu Fig. 6c wurde der Werkzeuggreifer 38 um 90°
verschwenkt, so daß jetzt das einzuwechselnde Werkzeug 12''
unter der Spindel 11 liegt, so daß diese mit ihrer Aufnahme
jetzt auf den Werkzeughalter auffahren kann, wobei gleichzei
tig die beweglichen Backen der Greiferhand 63 geöffnet wer
den. Der Werkzeughalter kann aus der Greiferhand 63 jedoch
nicht herausfallen, da er in Längsrichtung durch die festen
Backen 78 (Fig. 4) des Werkzeughalters 38 gehalten ist, wäh
rend er nicht verkippen kann, da er mit seinem oberen, konus
förmigen Ende bereits in der Aufnahme der Spindel 11 sitzt.
Nach dem Einspannen des Werkzeuges in die Spindel 11 kann die
Spindel 11 dieses somit seitlich aus der Greiferhand 63 ent
nehmen.
Der Werkzeughalter 38 wird jetzt wieder vor das Tellermagazin
45 geschwenkt, das inzwischen weitergedreht wurde, so daß der
Leerplatz 100, aus dem das Werkzeug 12' entnommen wurde,
nicht mehr dem Werkzeuggreifer 38 gegenüberliegt.
Das Tellermagazin 45 wird jetzt in Richtung des Pfeiles 43
verfahren, so daß die leere Greiferhand 63 ein weiteres Werk
zeug 12''' aus dem Tellermagazin 45 entnehmen kann. Diese
Entnahme erfolgt so, wie dies bereits im Zusammenhang mit der
Fig. 4 beschrieben wurde.
Nach dem Zurückfahren des Tellermagazines 45 trägt der Werk
zeuggreifer 38 jetzt zwei Werkzeuge 12, 12''', während in dem
Tellermagazin 45 zusätzlich zu dem Leerplatz 100, den das
Werkzeug 12'' hinterließ, ein weiterer Leerplatz 101 erzeugt
wurde.
Der Werkzeughalter 38 wird jetzt wieder um 90° zurückge
schwenkt, woraufhin dann durch Verfahren des Tellermagazines
45 das Werkzeug 12 in den Leerplatz 101 eingesetzt wird. Mit
der Fig. 6f ist die Ausgangsposition gemäß Fig. 6a erreicht,
so daß jetzt mit der beschriebenen Abfolge die Werkzeuge 12''
und 12''' gegeneinander ausgetauscht werden können.
Anhand der Fig. 7 und 8 sollen jetzt noch das Maschinenmaga
zin 16 sowie Details der Spindel 11 beschrieben werden. Wie
bereits erwähnt, umfaßt das Maschinenmagazin 16 mehrere Grei
ferarme 64, die jeweils einen Werkzeughalter 76 tragen. Ein
solcher Werkzeughalter 76 ist in Fig. 7 so dargestellt, daß
er mit seinem Hohlschaftkegel 102 unter einer Aufnahme 103
der Spindel 11 sitzt. Der Greiferarm 64 sitzt an einer Hülse
104, die längs zur Spindel 11 verschoben werden kann, wobei
durch eine Bewegung der Hülse 104 in Fig. 7 nach oben der
Hohlschaftkegel 102 jetzt in die Aufnahme 103 hineingelangt.
Im Inneren der Spindel 11 ist eine Spannvorrichtung 105 vor
gesehen, die an ihrem unteren Ende in an sich bekannter Weise
Spannklauen etc. aufweist, durch die der Hohlschaftkegel 102
unverdrehbar in die Aufnahme 103 eingespannt wird. Der Grei
ferarm 64 ist in an sich bekannter Weise Teil einer Paralle
logrammführung 106, die über eine Kolben-Zylindereinheit 107
betätigt wird.
Wenn die Kolbenzylindereinheit 107 bei der in Fig. 7 gezeig
ten Stellung eingefahren wird, so wird der Werkzeughalter 76
in die in Fig. 8 gezeigte Magazinstellung verschoben, in der
seine Längsachse 108 mit der Drehachse 109 der Spindel 11 ei
nen Winkel von ca. 45° einschleißt.
In Fig. 8 ist schematisch und gestrichelt unter der Spindel
11 noch der Werkzeughalter 38 angedeutet, wobei nur dessen
Betätigungsbolzen 81 detaillierter gezeigt ist. Um jetzt den
Werkzeughalter 38 zu öffnen, fährt die Spindel 11 in Fig. 8
nach unten und drückt dabei mit ihrer Stirnseite 110 ihres
Spindelrohres 111 auf den Bolzen 81, wodurch der Werkzeughal
ter 76 freigegeben wird, wie dies im weiteren im Zusammenhang
mit der Fig. 4 bereits ausführlich erörtert wurde. Es sei
noch erwähnt, daß sich die Spindel 11 in dem Spindelrohr 111
dreht.
Claims (15)
1. Werkzeugmaschine, die einen Arbeitsraum (13) zum Bear
beiten von Werkstücken (14) sowie eine Spindel (11) auf
weist, in der eine Aufnahme (103) für Werkzeuge (12) zur
Bearbeitung der Werkstücke (14) vorgesehen ist, wobei die
Spindel (11) eine ggf. automatische Spannvorrichtung
(105) zum drehfesten Einspannen der Werkzeuge (12) in
die Aufnahme (103) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Werkzeugauswechsel
vorrichtung (22) umfaßt, die ein externes Werkzeugmaga
zin (25) und eine Einrichtung (26) zum Plazieren eines
Werkzeuges (12) aus dem externen Werkzeugmagazin (25) in
dem Arbeitsraum (13) aufweist, derart, daß die Spindel
(11) dieses Werkzeug (12) anfahren und einspannen kann.
2. Werkzeugauswechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine
(10), die einen Arbeitsraum (13) zum Bearbeiten von
Werkstücken (14) sowie eine Spindel (11) aufweist, in
der eine Aufnahme (103) für Werkzeuge (12) zur Bearbei
tung der Werkstücke (14) vorgesehen ist, wobei die Spin
del (11) eine ggf. automatische Spannvorrichtung (105)
zum drehfesten Einspannen der Werkzeuge (12) in die Auf
nahme (103) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß sie ein externes Werkzeugma
gazin (25) und eine Einrichtung (26) zum Plazieren eines
Werkzeuges (12) aus dem externen Werkzeugmagazin (25) in
dem Arbeitsraum (13) umfaßt, derart, daß die Spindel
(11) dieses Werkzeug (12) anfahren und einspannen kann.
3. Werkzeugauswechselvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sie insgesamt an einem Träger (24)
aufgebaut ist, der an einem festen Werkstücktisch (15)
oder einem Gestell (12) der mit der Werkzeugauswechsel
vorrichtung (22) zu versehenden Werkzeugmaschine (10)
befestigt wird.
4. Werkzeugauswechselvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (25) zum
Plazieren eines Werkstückes einen Werkzeuggreifer (38)
mit aktiv zu öffnender Greiferhand (62, 63) umfaßt.
5. Werkzeugauswechselvorrichtung nach einem der Ansprüche 2
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeuggreifer
(38) ein Doppelgreifer (61) mit zwei Greiferhänden (62,
63) ist, deren Positionen durch Verschwenken des Dop
pelgreifers (61) vertauschbar sind.
6. Werkzeugauswechselvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Greiferhand
(62, 63) über einen nach oben vorstehenden Bolzen (81)
betätigbar ist, der zum Öffnen der Greiferhand (62, 63)
nach unten zu drücken ist.
7. Werkzeugauswechselvorrichtung nach einem der Ansprüche 4
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeuggreifer
(38) an einem Schwenkarm (28) derart angeordnet ist, daß
er beim Verschwenken des Schwenkarmes (28) um seine
Schwenkachse (29) in den oder aus dem Arbeitsraum (28)
seine winkelmäßige Ausrichtung nicht verändert.
8. Werkzeugauswechselvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Werkzeuggreifer (38) auf einer
Welle (91) sitzt, die über einen Riemen (93) verdrehbar
ist, der durch den Schwenkarm (28) verläuft und von ei
ner weiteren Welle (95) angetrieben ist, die konzen
trisch zur Schwenkachse (29) verläuft.
9. Werkzeugauswechselvorrichtung nach einem der Ansprüche 2
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Werkzeug
magazin (25) längsverschieblich gelagert ist, so daß es
zur Werkzeugübergabe auf den Werkzeuggreifer (38) zube
wegt werden kann.
10. Werkzeugauswechselvorrichtung nach einem der Ansprüche 2
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Werkzeug
magazin (25) die Werkzeuge (12) unter Federspannung
hält.
11. Werkzeugauswechselvorrichtung nach einem der Ansprüche 2
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Werk
zeugmagazines (25) ein Betätigungsmechanismus (49) für
den Werkzeuggreifer (38) vorgesehen ist, um den Werk
zeuggreifer (38) für die Übergabe eines Werkzeuges (12)
an das Werkzeugmagazin (25) zu öffnen.
12. Werkzeugauswechselvorrichtung nach einem der Ansprüche 2
bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Werk
zeugmagazin (25) ein Tellermagazin (45) oder ein Ketten
magazin ist.
13. Werkzeugauswechselvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Tellermagazin (45) über ein Mal
teserkreuzgetriebe (46) verdreht wird.
14. Werkzeugauswechselvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Tellermagazin über einen Servo
motor (90) verdreht wird, der zusammen mit dem Tellerma
gazin (45) längsverschieblich gelagert ist.
15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß sie die Werkzeugauswechselvorrichtung (22) nach
einem der Ansprüche 2 bis 14 umfaßt.
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