DE19906712C2 - Einrichtung zum Wechseln von Werkzeugen und/oder Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Wechseln von Werkzeugen und/oder Werkstücken, mit einem Doppelgreifer, der mittels einer zweiten Schwenkeinrichtung um eine zweite Schwenkachse schwenkbar ist, um die Positionen seiner Greiferzangen zu vertauschen.

Eine bekannte Werkzeugwechseleinrichtung (DD 281 768 A5) weist einen Doppelgreifer auf, der um eine vertikale erste Schwenkachse um 90 Grad schwenkbar ist, um dessen entgegengesetzt gerichtete Greiferzangen in einer ersten Schwenkposition achsparallel zu einer im Maschinenständer aufgenommenen Arbeitsspindel und in einer zweiten Schwenkposition achsparallel zu einem Speicherplatz eines neben dem Maschinenständer angeordneten Werkzeugmagazins auszurichten. Darüber hinaus ist der Doppelgreifer um eine zur ersten Schwenkachse orthogonale und zur Arbeitsspindel parallele zweite Schwenkachse um 180 Grad schwenkbar, um mit einem Greifer aus der Arbeitsspindel oder dem Werkzeugmagazin ein Werkzeug entnehmen und nach dem Schwenken um 180 Grad das im anderen Greifer aufgenommene Werkzeug einsetzen zu können. Während der Schwenkantrieb für die erste Schwenkbewegung eine raumfest gelagerte Schwenkplatte umfaßt, in der ein maschinenständergebundener Mitnehmer läuft, besteht der Schwenkantrieb für die zweite Schwenkbewegung aus einem an der Schwenkplatte angeordneten Getriebe, dessen Abtriebsglied den Doppelgreifer trägt. Die DE 237 807 A1 offenbart eine Werkzeugwechseleinrichtung mit einem zwischen Wechselpositionen verfahrbaren Schlitten und einem darauf angeordneten Getriebe für die Austauschbewegung des Doppelgreifers. In der DE 37 33 064 A1 ist eine Werkzeugwechseleinrichtung beschrieben, bei der ein zwischen Wechselpositionen verfahrbarer Schlitten eine langsame Antriebseinrichtung für eine 90-Grad-Schwenkung aufnimmt, an der eine schnelle Antriebseinrichtung für die 180-Grad-Austauschschwenkung eines die Werkzeuge parallel zueinander und entgegengesetzt gerichtet aufnehmenden Doppelgreifers angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Einrichtung zum schnellen Wechseln von Werkzeugen und/oder Werkstücken zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Einrichtung zum Wechseln von Werkzeugen und/oder Werkstücken weist einen Doppelgreifer auf, der mittels einer zweiten Schwenkeinrichtung um eine zweite Schwenkachse schwenkbar ist, um die Positionen seiner Greiferzangen zu vertauschen. Die zweite Schwenkeinrichtung weist einen mittels zweitem Schwenkantrieb um ein dritte Schwenkachse schwenkbaren zweiten Schwenkkörper auf, dem ein um die zweite Schwenkachse lagernder dritter Schwenkkörper zugeordnet ist, der den Doppelgreifer und ein in der Schwenkebene verlaufendes erstes Linearführungselement trägt, das mit einem am zweiten Schwenkörper um eine vierte Schwenkachse schwenkbar lagernden zweiten Linearführungselement getrieblich zusammenwirkt. Auf diese Weise verkürzt sich der zum Schwenken erforderliche Hub des Linearaktors, was sich positiv auf die Wechselzeit auswirkt.

Die zweite Schwenkeinrichtung ist auf einer ersten Schwenkeinrichtung schwenkbar angeordnet, mit der der Doppelgreifer um eine erste Schwenkachse schwenkbar ist zwischen einer ersten Stellung, in der die Greiferzangenachsen parallel zur Längsachse einer Arbeitsspindel ausgerichtet sind, und einer zweiten Stellung, in der die Greiferzangenachsen parallel zur Längsachse eines Speicherplatzes ausgerichtet sind.

Der ersten Schwenkeinrichtung ist vorzugsweise ein Schwenkwinkel von 90 Grad und der zweiten Schwenkeinrichtung vorzugsweise ein Schwenkwinkel von 180 Grad zugeordnet.

Die erste Schwenkeinrichtung weist einen mittels erstem Schwenkantrieb antreibbaren ersten Schwenkkörper auf, der auf einem Kreuzschlittensystem, dessen eine Verfahrachse parallel zur Längsachse der Arbeitsspindel und dessen andere Verfahrachse parallel zur Längsachse des Speicherplatzes verläuft, schwenkbar angeordnet ist.

Der erste Schwenkantrieb ist ein Linearaktor, der am ersten Schwenkkörper gelenkig angreift und sich am Kreuzschlittensystem gelenkig abstützt. Der zweite Schwenkantrieb ist ein Linearaktor, der am zweiten Schwenkkörper gelenkig angreift und sich am ersten Schwenkkörper gelenkig abstützt.

Am ersten Schwenkkörper fällt zum einen die Gelenkachse des zweiten Schwenkantriebs mit dessen Schwenkachse und zum anderen die Gelenkachse des ersten Schwenkantriebs mit der Schwenkachse des zweiten Schwenkkörpers zusammen. Dagegen fällt am zweiten Schwenkkörper die Gelenkachse des zweiten Schwenkantriebs mit der Schwenkachse des zweiten Linearführungselementes zusammen. Aufgrund dieser Doppelnutzung der Achsen entspricht die Stellung des Doppelgreifers bei in der Arbeitsspindel eingesetztem Werkzeug (Fig. 8) nach einer Schwenkung um 90 Grad und einem Verfahren des nicht mitschwenkenden Kreuzschlittens der Stellung des Doppelgreifers bei aus dem Speicherplatz ausgehobenen Werkzeug (Fig. 9).

Der dritte Schwenkkörper der zweiten Schwenkeinrichtung lagert im ersten Schwenkkörper der ersten Schwenkeinrichtung.

Die Werkzeuge sind in den beiden Greiferzangen horizontal, parallel und entgegengesetzt gerichtet aufnehmbar. Besonders kompakte Lösungen mit geringem Flugkreis lassen sich erzielen, wenn der Greiferkopf als gerader Schwenkarm ausgebildet ist, von dessen von der Schwenkachse gleichweit entfernten Enden sich die Greiferzangen in entgegengesetzten Richtungen rechtwinklig wegerstrecken, wobei die Schwenkachse zu den Greiferzangenachsen orthogonal verläuft.

Die vertikalen Schwenkachsen der beiden Schwenkeinrichtungen lassen starre Greiferzangen mit zueinander parallelen Greiferfingern zu, ohne daß die Gefahr des Herausfallens der Werkzeuge besteht. Aus gleichem Grund können auch lange Werkzeuge durch greiferintegrierte Abstützeinrichtungen einfach abgestützt werden. Gegen die Wirkung der Fliehkraft sind die Werkzeuge in den Greiferzangen formschlüssig verriegelbar.

Schneiden sich die Längsachse der Arbeitsspindel und die Längsachse des sich von der Werkzeugmaschine wegöffnenden Speicherplatzes vor der Arbeitsspindel, läßt sich das Werkzeugmagazin derart im Freiraum eines Kreuzbettes anordnen, daß der Doppelgreifer nahe an die Arbeitsspindel heranschwenken kann, ohne schon in den Arbeitsraum zu gelangen. Die Wechselzeit wird dadurch weiter verkürzt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den zugehörigen schematischen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Die Ausgangsstellung einer Arbeitsspindel, eines Werkzeugspeicherplatzes und einer dazwischenliegenden Werkzeugwechseleinrichtung eines Fräsbearbeitungszentrums in Draufsicht,

Fig. 2 das Verfahren der Arbeitsspindel in Wechselposition und das Öffnen des Arbeitsraumfensters,

Fig. 3 das seitliche Greifen eines in der Arbeitsspindel befindlichen auszuwechselnden Werkzeuges durch eine Greiferzange eines Doppelgreifers,

Fig. 4 das Ausheben dieses Werkzeuges aus der Arbeitsspindel,

Fig. 5 das gleichzeitige Wegschwenken des auszuwechselnden Werkzeuges und Einschwenken des einzuwechselnden Werkzeuges

Fig. 6 das Einsetzen des einzuwechselnden Werkzeuges in die Arbeitsspindel,

Fig. 7 das seitliche Freigeben des eingesetzten Werkzeuges durch die Greiferzange,

Fig. 8 das Verfahren der Arbeitsspindel aus der Wechselposition und das Schließen des Arbeitsraumfensters,

Fig. 9 das Schwenken der Greiferzangen in eine speicherplatzparallele Position,

Fig. 10 das Verfahren des auszuwechselnden Werkzeuges in eine speicherplatzfluchtende Position,

Fig. 11 das Einsetzen dieses Werkzeuges in den Werkzeugspeicherplatz,

Fig. 12 das seitliche Freigeben dieses Werkzeuges durch die Greiferzange,

Fig. 13 das Wegführen des mit diesem Werkzeug bestückten Speicherplatzes aus der Wechselposition und das Überführen eines mit einem neuen Werkzeug bestückten Speicherplatzes in die Wechselposition,

Fig. 14 das seitliche Greifen des neuen Werkzeuges durch die leere Greiferzange,

Fig. 15 das Ausheben dieses Werkzeuges aus dem Speicherplatz,

Fig. 16 das Verfahren dieses Werkzeuges in eine speicherplatzparallele Position,

Fig. 17 das Zurückschwenken des Doppelgreifers in die arbeitsspindelparallele Ausgangsstellung,

Fig. 18 Doppelgreifer und zweite Schwenkeinrichtung in Ausgangsstellung gemäß Fig. 1,

Fig. 19 Doppelgreifer und zweite Schwenkeinrichtung nach Schwenkung um 90 Grad,

Fig. 20 Doppelgreifer und zweite Schwenkeinrichtung nach Schwenkung um 180 Grad gemäß Fig. 5,

Fig. 21 einen Schnitt entlang Linie A in Fig. 19 und

Fig. 22 die Anordnung der Werkzeugwechseleinrichtung und eines Werkzeugmagazins im Freiraum eines Kreuzbettes.

Das Fräsbearbeitungszentrum besitzt gemäß Fig. 22 ein Kreuzbett 2, auf dessen Längsabschnitt ein Ständer 4 und auf dessen Querabschnitt ein Werkstücktisch WT aufgenommen ist. Gemäß derselben Figur und der den Wechselvorgang darstellenden Fig. 1 bis 17 ist am Ständer 4 eine von einem Arbeitsraum AR umgebene Arbeitsspindel 6 angeordnet, vor der sich seitlich ein Speicherplatz 8 eines im Freiraum FR des Kreuzbettes 2 (siehe Fig. 22) angeordneten Werkzeugmagazins 10, beispielsweise eines Kettenmagazins, befindet. Als Freiraum FR ist hier insbesondere der Raum anzusehen, der sich seitlich des Längsabschnitts und vor dem zugehörigen Querabschnitt des Kreuzbettes 2 auftut. Ebenfalls seitlich vor der Arbeitsspindel 6, jedoch spindelnäher, ist eine vom Arbeitsraum AR durch ein Arbeitsraumfenster 12 getrennte Werkzeugwechseleinrichtung 14 angeordnet. Die Längsachse L2 des sich vom Fräsbearbeitungszentrum wegöffnenden Speicherplatzes 8 verläuft orthogonal zur Längsachse L1 der Arbeitsspindel 6.

Die Werkzeugwechseleinrichtung 14 weist ein Kreuzschlittensystem 16 mit einem auf einer raumfesten Baugruppe 18 spindelnormal verschiebbaren Längsschlitten 20 und einem darauf spindelparallel verschiebbaren Querschlitten 22 auf, an dem um eine vertikale Schwenkachse A ein in der Draufsicht U-förmiger Schwenkarm 24 lagert, welcher über eine getriebliche Verbindung 26 einen Z- förmigen Doppelgreifer 28 schwenkbar aufnimmt, dessen zueinander parallele Greiferachsen G horizontal verlaufen.

Die getriebliche Verbindung besteht gemäß Fig. 18 bis 21 aus einem in einem Quersteg 30 des Schwenkarms 24 um eine vertikale Achse B lagernden Schwenkkörper 32 und einem im selben Quersteg 30 schräg darüber um eine vertikale Schwenkachse C lagernden Schwenkkörper 34, der an seiner Oberseite den Doppelgreifer 28 und an seiner Unterseite eine Schiene 36 trägt, die in einem an der Oberseite des Schwenkkörpers 32 um die vertikale Schwenkachse D lagernden U-förmigen Schuh 38 verschiebbar geführt ist.

Um die Schwenkachse D lagert ebenfalls ein Kopf 40, an dem die Kolbenstange 42 eines Arbeitszylinders 44 angreift, dessen Zylinder 46 sich am gegenüberliegenden Quersteg 48 des Schwenkarms 24 gelenkig abstützt. Dagegen lagert um die Schwenkachse B ein Kopf 50, an dem die Kolbenstange 52 eines Arbeitszylinders 54 angreift, dessen Zylinder 56 sich am Querschlitten 22 gelenkig abstützt.

Die Wirkungsweise ist folgende:
In der Ausgangsstellung (Fig. 1) befindet sich in der Arbeitsspindel 6 ein auszuwechselndes Werkzeug WZ1 und in der Greiferzange G2 ein einzuwechselndes Werkzeug WZ2. Die mit der Greiferrille des Werkzeuges WZ1 fluchtende Greiferzange G1 ist leer, das Arbeitsraumfenster 12 geschlossen.

Mit dem gleichzeitigen Verfahren der Arbeitsspindel 6 in Wechselposition und dem Öffnen der Arbeitsraumfensters 12 (Fig. 2) beginnt der Werkzeugwechsel. Danach fährt der Längsschlitten 20 die Greiferzange G1 spindelnormal (+X) durch das Arbeitsraumfenster 12 hindurch über die Greiferrille des Werkzeuges WZ1 (Fig. 3), welches der Querschlitten 22 anschließend spindelparallel (+Z) aus der Arbeitsspindel 6 aushebt (Fig. 4).

Nun wird der Doppelgreifer 28 gemäß der Fig. 18 bis 21 um 180 Grad um die Schwenkachse C gedreht, so daß das Werkzeug WZ2 vor die Arbeitsspindel 6 gelangt (Fig. 5). Dazu schiebt der Arbeitszylinder 44 seine Kolbenstange 42 aus, wodurch der Schwenkkörper 32 zu schwenken beginnt und über den auf der Schiene 36 ausweichenden Schuh 38 den mit dem Doppelgreifer 28 verbundenen Schwenkkörper 34 mitnimmt. Nach einem Schwenkwinkel des Schwenkkörpers 32 von etwa 80 Grad hat der Schwenkkörper 34 einen Schwenkwinkel von 180 Grad zurückgelegt (Fig. 20). In einer Mittelstellung des Schwenkkörpers 34 von 90 Grad verlaufen Doppelgreifer 24 und Schwenkkörper 32 parallel zueinander (Fig. 19).

Nachdem der Querschlitten 22 das Werkzeug WZ2 spindelparallel (-Z) in die Arbeitsspindel 6 eingesetzt (Fig. 6) und der Längsschlitten 20 die Greiferzange G2 spindelnormal (-X) von der Greiferrille des Werkzeuges WZ2 zurückgezogen hat (Fig. 7), endet der Werkzeugwechsel mit dem gleichzeitigen Schließen des Arbeitsraumfensters 12 und dem Zurückfahren der Arbeitsspindel 6 in Arbeitsposition (Fig. 8).

Während dieser Endphase des Werkzeugwechsels beginnt bereits die Werkzeugbereitstellung, indem der Arbeitszylinder 54 durch Einfahren seiner Kolbenstange 52 den Doppelgreifer 24 um die Schwenkachse A schwenkt, bis nach einem Schwenkwinkel von 90 Grad beide Greiferzangenachsen G parallel zur Achse L2 des Speicherplatzes 8 verlaufen(Fig. 9).

Aus dieser parallelen Lage heraus fährt der Querschlitten 22 das Werkzeug WZ1 in einem nächsten Schritt speicherplatznormal (+Z) in eine mit dem Speicherplatz 8 fluchtende Einsetzposition.

Nach dem Verschwenken des Doppelgreifers 24 und dem Verfahren des Querschlittens 22, was zum Zwecke der Zeitersparnis auch gleichzeitig erfolgen kann, setzt der Längsschlitten 20 das Werkzeug WZ1 speicherplatzparallel (+X) in den Speicherplatz 8 ein (Fig. 11), woraufhin der Querschlitten 22 die Greiferzange G1 speicherplatznormal (- Z) von der Greiferrille des Werkzeuges WZ1 zurückzieht (Fig. 12).

Das Kettenmagazin 10 bringt nun ein neues Werkzeug WZ3 in Wechselposition (Fig. 13), welches die Greiferzange G1 durch speicherplatznormales Verfahren (+Z) des Querschlittens 22 ergreift (Fig. 14) und der Längsschlitten 20 durch speicherplatzparalleles Verfahren (-X) aus dem Speicherplatz 8 aushebt (Fig. 15).

Mit dem speicherplatznormalen Rückfahren (-Z) (Fig. 16) und dem wahlweise gleichzeitigen Rückschwenken des Doppelgreifers 24 um die Schwenkachse A (Fig. 17) ist die Werkzeugbereitstellung beendet.

Während an der Arbeitsspindel 6 das Einsetzen und Ausheben des Werkzeuges durch den Querschlitten 22 und das Greifen und Zurückfahren durch den Längsschlitten 20 erfolgt, übernimmt am Speicherplatz 8 der Querschlitten 22 das Greifen und Zurückfahren und der Längsschlitten 20 das Einsetzen und Ausheben. Auch ist deutlich geworden, daß im Gegensatz zum Stand der Technik die 90-Grad-Schwenkungen außerhalb der Wechselzeit erfolgen. Schließlich ist auf den sinusförmigen Geschwindigkeitsverlauf beim 180-Grad- Schwenken zu verweisen, der bei 90 Grad ein Maximum und in den Endphasen ein Minimum aufweist.

Insgesamt wurde mit der Erfindung eine Werkzeugmaschine geschaffen, die bei kurzer Werkzeugwechselzeit stellflächenarme Strukturen zuläßt und insbesondere zur Handhabung überlanger Werkzeuge geeignet ist.

Claims (16)

1. Einrichtung zum Wechseln von Werkzeugen und/oder Werkstücken, mit einem Doppelgreifer (28), der mittels einer zweiten Schwenkeinrichtung um eine zweite Schwenkachse (C) schwenkbar ist, um die Positionen seiner Greiferzangen (G1, G2) zu vertauschen, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schwenkeinrichtung einen mittels zweitem Schwenkantrieb (44) um eine dritte Schwenkachse (B) schwenkbaren zweiten Schwenkkörper (32) aufweist, dem ein um die zweite Schwenkachse (C) lagernder dritter Schwenkkörper (34) zugeordnet ist, der den Doppelgreifer (28) und ein in der Schwenkebene verlaufendes erstes Linearführungselement (36) trägt, das mit einem am zweiten Schwenkkörper (32) um eine vierte Schwenkachse (D) schwenkbar lagernden zweiten Linearführungselement (38) getrieblich zusammenwirkt, wobei die zweite bis vierte Schwenkachse (B, C, D) parallel zueinander verlaufen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schwenkeinrichtung an einer ersten Schwenkeinrichtung schwenkbar angeordnet ist, mit der der Doppelgreifer (28) um eine erste Schwenkachse (A) schwenkbar ist zwischen einer ersten Stellung, in der die Greiferzangenachsen (G) parallel zur Längsachse (L1) einer Arbeitsspindel (6) ausgerichtet sind, und einer zweiten Stellung, in der die Greiferzangenachsen (G) parallel zur Längsachse (L2) eines Speicherplatzes (8) ausgerichtet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Schwenkeinrichtung ein Schwenkwinkel von 90 Grad und der zweiten Schwenkeinrichtung ein Schwenkwinkel von 180 Grad zugeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schwenkeinrichtung einen mittels erstem Schwenkantrieb (54) antreibbaren ersten Schwenkkörper (24) aufweist, der auf einem Kreuzschlittensystem (16), dessen eine Verfahrachse (Z) parallel zur Längsachse (L1) der Arbeitsspindel (6) und dessen andere Verfahrachse (X) parallel zur Längsachse (L2) des Speicherplatzes (8) verläuft, schwenkbar angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwenkantrieb (54) ein Linearaktor ist, der am ersten Schwenkkörper (24) gelenkig angreift und sich am Kreuzschlittensystem (16) gelenkig abstützt.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwenkantrieb (44) ein Linearaktor ist, der am zweiten Schwenkkörper (32) gelenkig angreift und sich am ersten Schwenkkörper (24) gelenkig abstützt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche von 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkachse des zweiten Schwenkantriebs (44) am ersten Schwenkkörper (24) mit dessen Schwenkachse (A) zusammenfällt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche von 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Schwenkkörper (24) die Gelenkachse des ersten Schwenkantriebs (54) mit der Schwenkachse (B) des zweiten Schwenkkörpers (32) zusammenfällt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Schwenkkörper (32) die Gelenkachse des zweiten Schwenkantriebs (44) mit der Schwenkachse (D) des zweiten Linearführungselementes (38) zusammenfällt.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche von 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schwenkkörper (34) der zweiten Schwenkeinrichtung im ersten Schwenkkörper (24) der ersten Schwenkeinrichtung lagert.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelgreifer (28) als gerader Schwenkarm ausgebildet ist, von dessen von der Schwenkachse (C) gleichweit entfernten Enden sich die Greiferzangen (G1, G2) in entgegengesetzten Richtungen rechtwinklig wegerstrecken, wobei deren Achsen (G) orthogonal zur zweiten bis vierten Schwenkachse (B, C, D) verlaufen.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (WZ1, WZ2) in den beiden Greiferzangen (G1, G2) horizontal, parallel zueinander und entgegengesetzt gerichtet aufnehmbar sind.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Doppelgreifer (28) Einrichtungen zum Abstützen langer Werkzeuge anordenbar sind.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferzangen (G1, G2) starr ausgebildet sind und die Werkzeuge (WZ1, WZ2, WZ3) radial verriegelbar aufnehmen.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche von 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (A, B, C, D) vertikal verlaufen.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche von 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Längsachse (L1) der Arbeitsspindel (6) und die Längsachse (L2) des sich von der Werkzeugmaschine wegöffnenden Speicherplatzes (8) vor der Arbeitsspindel (6) schneiden.