DE19860709A1

DE19860709A1 - Werkzeugmagazin und Werkzeugwechselverfahren an Bearbeitungszentren

Info

Publication number: DE19860709A1
Application number: DE19860709A
Authority: DE
Inventors: Hektor Steinhilber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2001-02-22

Abstract

Werkzeugmagazin an Bearbeitungszentren zur spanabhebenden Bearbeitung mit zwei Scheiben- oder Kettenmagazinen für Werkzeugwechsel im pick-up Modus mit zwei dicht beieinander liegenden Werkzeugspeichertaschen aus beiden Magazinen im direkten Zugriffsbereich einer Arbeitsspindel, und Werkzeugwechsel, bei dem die Arbeitsspindel zum Werkzeugwechsel eine Relativbewegung zwischen beiden Magazinen ausführt und abwechselnd das erste Magazin ein neues Werkzeug vorpositioniert, während aus dem zweiten Magazin ein Werkzeug entnommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeugmagazin zum schnellen Werkzeugwechsel im pick-up Modus an Bearbeitungszentren für spanabhebende Werkstückbearbeitung, an denen zwei Scheiben- oder Kettenmagazine ohne verriegelte Werkzeugspeichertasche mit parallelen Drehachsen so angeordnet sind, daß mindestens eine Werkzeugspeichertasche aus beiden Magazinen dicht beieinander im Zugriffsbereich einer Arbeitsspindel positionierbar angeordnet ist, und ein Wechselverfahren, bei dem abwechselnd die Arbeitsspindel ohne Werkzeug von der Werkzeugtasche des ersten Magazins zur Werkzeugtasche des zweiten Magazins verfährt und abwechselnd das erste Magazin, in welches ein Werkzeug abgelegt wurde, das übernächste Werkzeug bereitstellt, während die Arbeitsspindel das nachfolgende Werkzeug aus der Werkzeugtasche des zweiten Magazins greift.

Bei herkömmlichen Werkzeugwechsel-Systemen wird zur Reduzierung der Span-zu- Span-Zeiten häufig ein Werkzeugwechsler zusätzlich zum Scheiben- oder Kettenmagazin eingesetzt. Neben einem relativ großen mechanischen Aufwand ergeben sich bei diesen Lösungen trotzdem Wartezeiten, wenn die Bearbeitungsfolgezyklen sehr kurz sind.

Fahrständer-Bearbeitungszentren, bei denen alle Vorschubbewegungen durch die Arbeitsspindel ausgeführt werden, mit Scheiben- oder Kettenmagazinen, die im direkten Zugriffsbereich der Arbeitsspindel angeordnet sind, führen den Werkzeugwechsel üblicherweise im pick-up Modus ohne Werkzeugwechsler aus. Hierbei werden die Werkzeuge im Magazin in der Reihenfolge abgelegt, in welcher sie während der Bearbeitung benötigt werden. Zum Werkzeugwechsel muß das Magazin nur um einen Werkzeugplatz weitergetaktet werden. Diese Vorgehensweise ist jedoch nicht möglich, wenn ein Werkzeug während eines Bearbeitungszyklus mehrfach aufgerufen wird oder Standard-Werkzeuge im Magazin für mehrere unterschiedliche Aufträge gespeichert sind.

In DE 43 11 469 C1 wird ein Verfahren beschrieben, in welchem ein Zwischenwechsler die Werkzeuge im Kettenmagazin in der jeweiligen Reihenfolge sortiert, in der sie im Bearbeitungszyklus benötigt werden, wodurch der Werkzeugwechsel im pick-up Modus wiederum durch Weitertakten des Magazins um nur einen Speicherplatz erfolgen kann.

Aber auch bei dieser Lösung ist ein zusätzlicher aufwendiger und kostspieliger Zwischenwechsler notwendig. Außerdem entstehen bei kurzen Werkzeugfolgezyklen auch bei diesem System Wartezeiten durch die Sortiervorgänge.

Aus DE 28 12 200 C2 ist auch ein Bearbeitungszentrum mit zwei Scheibenmagazinen bekannt, welche gemeinsam einer Spindel zugeordnet sind. Das zweite Magazin ist zur Verdoppelung der Speicherkapazität gedacht. Im Wechselzyklus wird üblicherweise auf ein Magazin zugegriffen, wodurch eine schnelle Drehung der Magazinscheibe zur Realisierung kurzer Span-zu-Span-Zeiten notwendig wird. Die Werkzeugtaschen sind hierbei über eine Nockensteuerung verriegelt, da die Werkzeuge ansonsten durch die hohen Beschleunigungs- und Fliehkräfte aus dem Magazin herausfallen würden.

Der Werkzeugwechsel zwischen den beiden Magazinen ist nur als Ausnahme vorgesehen, da wegen der konstruktiven Ausführung und Anordnung des Magazins längere Span-zu-Span-Zeiten entstehen würden.

Wegen der aufwendigen Konstruktion der beiden Magazine mit den verriegelten Werkzeugtaschen und den schnellen Drehantrieben haben sich am Markt bisher zur Vergrößerung der Speicherkapazität größere Kettenmagazine mit separaten Werkzeugwechslern oder entsprechende Kassettenmagazine etabliert.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein einfaches und kostengünstiges Magazin und Verfahren zum Werkzeugwechsel zu schaffen, das kurze Span-zu-Span-Zeiten auch bei sehr kurzen Werkzeugfolgezyklen und gleichzeitig großer Werkzeugspeicherkapazität ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind an einem Bearbeitungszentrum für spanabhebende Bearbeitung zwei Scheiben- oder Kettenmagazine so angeordnet, daß sich deren Werkzeugkollisionskreise nahezu berühren und jeweils eine Speichertasche aus beiden Magazinen dicht beieinander im Zugriffsbereich einer Arbeitsspindel Werkzeuge bereitstellt.

Zum Wechseln von Werkzeugen wird ein Verfahren angewandt, bei dem die Arbeitsspindel abwechselnd von einem Magazin zum anderen Magazin verfährt und abwechselnd das erste Magazin, in welchem ein gebrauchtes Werkzeug abgelegt wurde, schon das übernächste Werkzeug bereitstellt, während die Arbeitsspindel das nachfolgende Werkzeug aus dem zweiten Magazin greift.

Moderne hochdynamische Bearbeitungszentren, die beispielsweise mit Fahrständer und ausfahrbaren Arbeitsspindeln ausgeführt sind, führen die Bewegung zwischen zwei Magazinen schneller aus als ein einzelnes Scheiben- oder Kettenmagazin von einem Werkzeugplatz zum Nachbarplatz weitertakten würde.

Bei Bearbeitungszentren mit einem einzelnen Scheiben- oder Kettenmagazin und Werkzeugwechsel im pick-up Modus wird ein Werkzeug jeweils wieder in die Werkzeugtasche zurückgelegt, aus der es entnommen wurde. Das Magazin dreht nicht weiter bis die aktuelle Bearbeitung abgeschlossen ist. Magazine, bei welchen beispielsweise die Öffnung einer Schutztür an die Drehbewegung des Magazins gekoppelt ist, werden zum Werkzeugwechsel wieder an den Leerplatz zurückgedreht, an dem das gebrauchte Werkzeug entnommen wurde. Das Weitertakten des Magazins zum nächsten Werkzeugplatz geht anschließend als Wartezeit in die Span-zu-Span-Zeit ein.

Beim neuen Werkzeugwechselverfahren kann bereits nachdem die Arbeitsspindel ein Werkzeug in das erste Magazin zurückgelegt hat und zum zweiten Magazin fährt, um das nächste Werkzeug zu greifen, im ersten Magazin mit der Drehbewegung zur Vorpositionierung des übernächsten Werkzeugs begonnen werden.

Dadurch bleibt genügend Zeit, um auch mit geringer Drehgeschwindigkeit größere Magazine rechtzeitig für den nachfolgenden Werkzeugwechsel zu positionieren.

Auf diese Weise stellen sich zumindest bei horizontalen Bearbeitungszentren zwei kleine Magazine im Vergleich zu einem großen Magazin auch kostenneutral dar, da wegen der geringen Drehgeschwindigkeit der Magazine kein Herausfallen der Werkzeuge befürchtet werden muß und deshalb auf aufwendige Verriegelungsmechanismen an den Werkzeugtaschen verzichtet werden kann. Darüber hinaus können wesentlich kostengünstigere Drehantriebe verwendet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Vorderansicht eines Bearbeitungszentrums mit zwei Werkzeugscheibenmagazinen,

Fig. 2 Vorderansicht eines Bearbeitungszentrums mit zwei Werkzeugkettenmagazinen,

Fig. 3 Beweglich angeordnetes Doppelwerkzeugmagazin.

Das Bearbeitungszentrum besteht vorzugsweise aus einer Rahmenkonstruktion (1) mit einem in drei Raumachsen verfahrbaren Spindelschlitten (2).

Im Verfahrbereich des Spindelschlittens (2) sind zwei Werkzeugmagazine (3a, b,) mit parallelen Drehachsen angeordnet. Erfindungsgemäß ist der Abstand der Magazine (3a, b,) zueinander so definiert, daß die Kollisionskreise (4a, b) der Werkzeuge (5) mit den max. zulässigen Durchmessern in den beiden Magazinen (3a, b) sich nahezu berühren, wodurch mindestens eine Werkzeugtasche (6a, b) aus beiden Werkzeugmagazinen (3a, b) im Verfahrbereich der Arbeitsspindel (7) dicht beieinander positionierbar angeordnet ist.

Die Werkzeugspeichertaschen (6a, b, c) bestehen vorzugsweise aus seitlich offenen einfachen Kunststoff oder Stahlklammern, welche auf die Magazinscheibe oder auf die Magazinkette aufgeschraubt sind. Die Werkzeuge (5) werden in ihrer V-förmigen Aufnahmerille in den Werkzeugspeichertaschen (6a, b, c) zangenartig gehalten. Das seitliche Aus- und Einschieben der Werkzeuge (5) in die Werkzeugspeichertaschen (6a, b, c) wird vorzugsweise durch die Vorschubbewegungen des Spindelschlittens (2) erreicht.

Nachdem der Spindelschlitten (2) mit der Arbeitsspindel (7) ein aktuell gebrauchtes Werkzeug (5a) in eine Werkzeugspeichertasche (6a) des ersten Werkzeugmagazins (3a) wieder eingeschoben hat, öffnet das Werkzeugspannsystem der Arbeitsspindel, (7). Anschließend fährt vorzugsweise der Spindelschlitten (2) ein kurzes Stück zurück um eine kollisionsfreie Position der Arbeitsspindel (7) zum Aufnahmekegel des abgelegten Werkzeugs (5a) zu erreichen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wartet die Arbeitsspindel (7) jetzt nicht, bis das erste Magazin (3a) weitertaktet, sondern sie führt mit dem Spindelschlitten (2) sofort eine Relativbewegung vom ersten Magazin (3a) zum zweiten Magazin (3b) aus, um das im Bearbeitungszyklus nachfolgend benötigte Werkzeug (5b) aus der Werkzeugspeichertasche (6b) des zweiten Magazins (3b) zu greifen.

Während das nächste Werkzeug (5b) gegriffen wird, beginnt das erste Magazin (3a) bereits mit der Drehbewegung, um die Werkzeugtasche (6c) mit dem übernächsten Werkzeug (5c) bereitzustellen. Die Bereitstellungspositionen der beiden Magazine (3a,b) sind so definiert, daß sich ein möglichst kurzer Weg zwischen der Werkzeugspeichertaschen (6a) im ersten Magazin (3a) und der Werkzeugspeichertasche (6b) im zweiten Magazin (3b) ergibt.

An Bearbeitungszentren, deren Spindelschlitten (2) nur zwei lineare Vorschubbewegungen ausführen, kann das neue Wechselverfahren realisiert werden, indem zwei Magazine (3a, b) auf einem gemeinsamen beweglichen Magazinträger (8) dicht beieinander liegend angeordnet sind. Die Auszugsbewegung der Werkzeugkegel in eine kollisionsfreie Position kann hierbei durch eine kurze Verschiebung des gemeinsamen Magazinträgers (8) über entsprechende Führungselemente (9) erreicht werden.

Claims

Werkzeugmagazin und Werkzeugwechsel-Verfahren an Bearbeitungszentren mit mindestens einer Arbeitsspindel zur spanabhebenden Bearbeitung mit zwei Scheiben- oder Kettenmagazinen ohne verriegelte Werkzeugspeichertaschen mit parallelen Drehachsen für Werkzeugwechsel im pick-up Modus, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Werkzeugübergabebereich die Kollisionskreise beider Magazine nahezu berühren und mindestens eine Werkzeugspeichertasche aus beiden Magazinen dicht beieinander im Zugriffsbereich einer Arbeitsspindel positionierbar angeordnet ist und daß zum Werkzeugwechsel die Arbeitsspindel abwechselnd eine Relativbewegung ohne Werkzeug von der genannten Werkzeugtasche des ersten Magazins zur genannten Werkzeugtasche des zweiten Magazins ausführt und abwechselnd das erste Magazin, in welches ein gebrauchtes Werkzeug abgelegt wurde, schon das übernächste Werkzeug bereit stellt, während die Arbeitsspindel das nachfolgende Werkzeug aus der Werkzeugtasche des zweiten Magazins greift.