DE19950318A1 - Bearbeitungszentrum - Google Patents

Abstract

Bearbeitungszentrum zur Serienbearbeitung kubischer Werkstücke mit horizontalen Arbeitsspindeln, an dessen Maschinenbett zwei stationäre Ständer an ihrer Rückseite gemeinsam einen Konsoltisch führen, auf dem Arbeitsspindeln zum Maschineninnenraum hin orientiert sind. Werkzeuge werden in Kammkassetten zum Pick-Up-Wechsel bereitgestellt, wobei der Austausch der Kammkassetten mit einem Durchschiebewechsler oder einem Drehwechsler erfolgt. Zur Verkürzung der Werkzeugwechselzeiten werden die Werkzeugkammkassetten in Reihe sortiert.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine mit Werkzeugmagazin und Werkstückträgerwechseleinrichtung zur Serienfertigung kubischer Werkstücke.

Hintergrund der Erfindung

Es sind hochdynamische Werkzeugmaschinen bekannt, deren Arbeitsspindeln mit einem Drei-Achs- Modul in einer Rahmenkonstruktion verfahrbar angeordnet sind. Die Führung für das Drei-Achs- Modul sind hierbei an der Frontseite des Rahmens zum Maschineninnenraum hin gerichtet. Durch die Rahmenkonstruktion ist der Gestaltungsspielraum des Drei-Achs-Moduls, welches sich innerhalb des Rahmens bewegt stark eingeschränkt. Sonderlösungen mit Mehrspindelköpfen, Horizontal/Vertikal-Köpfen oder Ausdrehköpfen sind deshalb enge Grenzen gesetzt. Ein nach oben hin offenes Maschinenbett und ein einfacher Konsoltisch ermöglicht jedoch den Einsatz unterschiedlicher Arbeitsspindelkonzepte bei gleicher Maschinenkonstruktion.

Des weiteren sind Werkzeugmaschinen in Fahrständerkonstruktion bekannt. Diese Bauweise eignet sich wegen der großen bewegten Massen und mangelnden Steifigkeit nicht für den hochdynamischen Einsatz in der Massenfertigung.

Aus DE 197 36 801 A1 ist eine Werkzeugmaschine mit obenliegender Rahmenkonstruktion bekannt, deren Drei-Achs-Modul an der Oberseite des Rahmens geführt wird. Hierbei sind die Spindeln in vertikaler Richtung angeordnet. Dieses Konzept eignet sich überwiegend für plattenförmige Werkstücke, da sich die nach unten gerichteten Arbeitsspindeln in den selbst produzierten Spänen bei Feinbearbeitungen in gehäuseförmigen Werkstücken behindern würde.

Aus DE 44 32 612 A1 ist weiterhin eine Werkzeugmaschine für plattenförmige Werkstücke bekannt, die seitlich am Werktücktisch ein mitfahrendes kreisförmiges oder linienförmiges Magazin für Pick-Up- Werkzeugwechsel aufweist. Die mitfahrende Funktion wurde gewählt, um bei der Bearbeitung von großen plattenförmigen Werkstücken kurze Werkzeugwechselzyklen zu erreichen. Eine große Speicherkapazität oder ein automatischer Austausch des Werkzeugmagazins ist wegen konstruktiver Ausführung und Anordnung im Zugangsbereich des Bedienungpersonals nur mit großem Aufwand möglich.

Aus dem Stand der Technik sind Werkzeugmaschinen bekannt, welche Werkzeuge in einem Kassettenmagazin einzeln speichern, mit einem Handhabungsgerät einzeln transportieren und sie im Bereich des Spindelstocks in einem Doppelwechsler für den Werkzeugwechsel bereitstellen. Sobald zwei Werkzeuge mit sehr kurzen Einsatzzeiten bei der Zerspanung hintereinander zur Bearbeitung aufgerufen werden, ergeben sich hierbei Wartezeiten, da das Handhabungsgerät im Werkzeugmagazin noch mit der Bereitstellung des nächsten Werkzeugs beschäftigt ist und im Doppelgreifer noch kein neues Werkzeug vorhanden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu treffen, mit der es möglich ist, unterschiedliche Arbeitsspindelkonzepte bei gleicher Maschinenkonstruktion zu integrieren. Es soll außerdem ein Werkzeugmagazin für schnellen Werkzeugwechsel geschaffen werden, das platzsparend und erweiterbar ausgeführt ist und darüber hinaus eine Möglichkeit für hauptzeitparallelen externen Werkzeugtausch bietet.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß an der rückwärtigen Außenseite des Maschinenbetts an zwei stationären, an den oberen Enden nicht miteinander verbundenen Ständern, ein Konsolschlitten die zum Maschineninnenraum hin gerichteten Arbeitsspindeln trägt und eine transportable Werkzeugkammkassette im Bereich des Spindelstocks angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungen mit einem Konsoltisch kann der auf diesem Tisch geführte nach innen gerichtete Spindelstock nahezu wahlfrei gestaltet werden. Die Anordnung des Konsoltisches an der Rückseite des Ständers macht es möglich die vertikalen Führungsschienen sehr weit unten am Maschinenbett anzubringen. Dadurch wird ein kompaktes und niedriges Maschinenbett mit zwei sehr kurzen aufgesetzten Ständern möglich. Wegen der geringen Länge ist keine Zwischenverbindung am oberen Ende der beiden Ständer notwendig. Das offene Konzepte erlaubt wiederum die platzsparende Anordnung eines Werkzeugmagazins direkt über dem Spindelstock bei gleichzeitig niedriger Maschinenhöhe.

Während die Arbeitsspindeln sich aus einer Werkzeugkammkassette bedienen wird eine neue Kassette schon bereitgestellt, welche zum Werkzeugwechsel nicht mehr aus dem Kassettenspeicher transportiert werden muß, sondern nur noch durch eine Dreh- oder Verschiebebewegung im Bereich des Spindelstocks ausgetauscht wird. Auf diese Weise entstehen auch bei sehr kurzen Werkzeugfolgezyklen keine Wartezeiten, da jeweils die Kassette sich schon im Bereich des Spindelstocks befindet, welche die Werkzeuge enthält, die im Bearbeitungsprozess nachfolgend benötigt werden. Durch direkte Bereitstellung von Kassetten mit mehreren Werkzeugen, statt Bereitstellung von Einzelwerkzeugen, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit nachfolgend benötigte Werkzeuge für den Werkzeugwechsel sofort verfügbar zu haben drastisch, da die Werkzeuge in den einzelnen Kassetten vom Bediener bei der Bestückung des Magazins schon weitgehend in der Reihenfolge in der sie im Zerspanungsprozess benötigt werden vorsortiert sein können, oder vom Bearbeitungszentrum automatisch mit einem Wechselzyklus in der Arbeitsspindel sortiert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die erwähnten Vorteile und andere Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Maschinenbetts,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Maschinenbetts mit Werkstückträger, Drei-Achs-Modul und zwei Werkzeugscheibenmagazinen,

Fig. 3 eine Ansicht von oben auf die Maschine mit den Werkzeugscheibenmagazinen.

Detaillierte Beschreibung

Am Maschinenbett (1) sind an zwei stationären Ständern (2) jeweils eine vertikale Führung (3) für einen Konsoltisch (4) angeordnet.

Auf dem Konsoltisch ist der Querschlitten (5) verfahrbar angeordnet. Der Querschlitten (5) trägt den Spindelstock (6). Im vorderen Bereich des Maschinenbetts ist die Werkstückträgerwechseleinheit (7) mit horizontaler Drehachse vorgesehen, welche wiederum zwei Werkstückträger (8) mit ebenfalls horizontalen Drehachsen aufnimmt.

Zum Werkzeugwechsel fährt der Konsoltisch (4) in seine obere Endlage, wodurch das in der Arbeitsspindel (9) gespannte Werkzeug (10) in einer federnden Werkzeugzange (11) einer Werkzeugkammkassette (12) aufgenommen wird. Nachdem das alte Werkzeug (10) in der Arbeitsspindel (9) entspannt wurde, fährt der Spindelstock in seine hintere Position und der Querschlitten (5) verfährt mit dem Spindelstock (6) zur Position des nächstliegenden neuen Werkzeugs (10) nach rechts oder links, woraufhin der Spindelstock (6) vorwärts bewegt wird und anschließend das neue Werkzeug (10) in der Arbeitsspindel (9) gespannt wird. Abschließend verfährt der Konsoltisch (4) nach unten wodurch das neue Werkzeug (10) aus der entsprechenden Werkzeugzange (11) herausgezogen wird.

Sofern die Werkzeuge (10) in einer Werkzeugkammkassette (12) analog zur Reihenfolge, in der sie im NC-Programm zur Bearbeitung aufgerufen werden, abgelegt sind, wird bei jedem Werkzeugwechsel der Querschlitten (5) jeweils um den Abstand einer Werkzeugzange (11) in der Werkzeugkammkassette (12) weitergetaktet. Nachdem alle Werkzeuge einer Werkzeugkammkassette (12) in der Arbeitsspindel aufgerufen und anschließend wieder an ihren alten Platz zurückgelegt wurden, wird das Scheibenmagazin (13a, b) um einen Kassettenplatz weitergetaktet und gleichzeitig der Querschlitten (5) neu positioniert.

Wenn die Werkzeuge (10) in einer Werkzeugkammkassette (12) nicht immer analog zur Reihenfolge in der sie im NC-Programm zur Bearbeitung aufgerufen werden abgelegt sind, weil z. B. Verschleißwerkzeuge oder Standardwerkzeuge für die Bearbeitung unterschiedlicher Werkstücke in einer bestimmten Werkzeugkammkassette (12) gespeichert sind, dann wäre für diese Standardwerkzeuge eine Drehung des Scheibenmagazins (13a, b) um mehr als einen Kassettenplatz erforderlich. Im ungünstigsten Fall wäre eine Drehung um 180° erforderlich.

Um zu vermeiden, daß 180°-Drehungen zu Wartezeiten an der Arbeitsspindel (9) führen, werden im NC-Programm alle Werkzeuge (10) mit einer Einsatzzeit von mehr als ca. 12 Sekunden als Zeitfenster für hauptzeitparallele Bewegungen des Scheibenmagazins (13a, b) gekennzeichnet. Wenn ein entsprechendes Werkzeug (10) im Einsatz ist, kann somit im Scheibenmagazin (13a, b) ein Sortiervorgang ausgeführt werden, der dazu führt, daß z. B. die Standardwerkzeugkassetten im Scheibenmagazin (13a, b) immer links oder rechts neben der Werkzeugkammkassette (12) liegt, in welche das aktuell in der Bearbeitung befindliche Werkzeug zurückgelegt werden muß, bevor ein Werkzeug aus der Standardwerkzeugkassette benötigt wird.

Hierzu wird mit einem Zwei-Achsen-Handhabungsgerät (14), welches zwei Werkzeugkammkassetten (12) übereinander liegend gleichzeitig greifen kann, z. B. die Standardwerkzeugkassette gegriffen und während eines Zeitfensters gegen die entsprechende Werkzeugkammkassette (12) ausgetauscht, welche neben der Werkzeugkammkassette (12) im Scheibenmagazin (13a, b) gespeichert ist, die das Werkzeug enthält, das sich gerade in der Arbeitsspindel (9) befindet.

Sollten im kompletten NC-Programm keine Werkzeuge (10) mit längerer Einsatzzeit zur Bearbeitung aufgerufen werden, dann würden Sortiervorgänge im Scheibenmagazin (13a, b) zu ständigen Wartezeiten führen. Deshalb werden die Werkzeugkammkassetten (12) in diesem Fall nur beim ersten Durchlauf eines NC Programms mit einer neuen Werkstückserie sortiert. Hierzu werden im Scheibenmagazin (13a, b) die Plätze für die Werkzeugkammkassetten abhängig von der Reihenfolge im NC_Programmeinsatz, in der die verschiedenen Werkzeuge (10), welche in den einzelnen Werkzeugkammkassetten (12) enthalten sind, neu verteilt, indem das Zwei-Achsen-Handhabungsgerät (14) jeweils zwei Werkzeugkammkassetten (12) greift und gegeneinander austauscht. Wenn darüber hinaus Werkzeuge an bestimmten Positionen in den Werkzeugkammkassetten (12) gespeichert werden sollen, dann besteht auch die Möglichkeit diese Werkzeuge (10) mit der Arbeitsspindel (9) zwischen unterschiedlichen Werkzeugkammkassetten (12) auszutauschen, wodurch ein weiter optimierter Werkzeugdurchlauf ohne zeitraubende Drehungen des Scheibenmagazins (13a, b) erreicht wird.

Zur Erweiterung der Speicherkapazität kann ein zweites Scheibenmagazin (13b) über den unteren Scheibenmagazin (13a) angeordnet sein. Der Austausch von Werkzeugkammkassetten (12) zwischen den beiden Scheibenmagazinen (13a, b) erfolgt ebenfalls mit dem Zwei-Achsen-Handhabungsgerät (14) indem gleichzeitig eine Werkzeugkammkassette (12) aus dem unteren Scheibenmagazin (12a) und dem oberen Scheibenmagazin (13b) gegriffen und entriegelt wird, in horizontal Richtung heraus gezogen wird, in vertikaler Richtung z. B. nach unten verfahren wird und abschließend in horizontaler Richtung wieder in die entsprechenden Aufnahmeelemente des unteren Scheibenmagazins (13a,) zurückgeschoben wird. Die zweite Werkzeugkammkassette (12) die sich nun im unteren Greifer (17) des Zwei-Achsen-Handhabungsgeräts (14) befindet, kann nun nachdem der obere Greifer (17) aus dem Kollisionsbereich des unteren Scheibenmagazins (13a) in horizontaler Richtung zurückgefahren wurde, in vertikaler Richtung z. B. nach unten fahren, bis der untere Greifer (17) des Zwei-Achsen- Handhabungsgeräts (14) die Position des oberen Scheibenmagazins (13b) erreicht hat. Mit einer Horizontalbewegung wird die zweite Werkzeugkammkassette (12) dann im oberen Scheibenmagazin (13b) abgefegt. Anschließend verfährt das Zwei-Achsen-Handhabungsgerät (14) wieder in horizontaler Richtung aus dem Kollisionsbereich des oberen Scheibenmagazins (13b) heraus.

Der hauptzeitparallele externe Austausch von Werkzeugen (10) wird möglich, indem das Zwei- Achsen-Handhabungsgerät (14) eine Werkzeugkammkassette (12) aus einem Scheibenmagazin (13a, b) entnimmt und diese in einer dem Bediener zugänglichen unteren Position (18) bereitstellt.

Claims (3)

1. Bearbeitungszentrum zur Serienbearbeitung kubischer Werkstücke für Pick-Up-Werkzeugwechsel, mit einer oder mehreren horizontalen Arbeitsspindeln und drehbaren Werkstückträgern, welche im vorderen Bereich des Maschinenbetts angeordnet sind und Verfahren zum schnellen Werkzeugwechsel, dadurch gekennzeichnet, daß an der rückwärtigen Außenseite des Maschinenbetts, an zwei an den oberen Enden nicht miteinander verbundenen stationären Ständern mit vertikalen Führungsachsen, ein Konsolschlitten mit aufgesetztem Querschlitten einen als Vorschubschlitten ausgeführten Spindelstock mit zum Maschineninnenraum gerichteten Werkzeugen aufnimmt und
daß eine transportable Werkzeugkammkassette im Bereich des Spindelstocks angeordnet ist, welche durch eine Dreh- oder Verschiebebewegung ausgetauscht wird, und
daß die Werkzeugwechselzeiten reduziert werden, indem die Werkzeugkammkassetten für die Bereitstellung im Bereich des Spindelstocks abhängig von der Reihenfolge des Einsatzes der enthaltenen Werkzeuge bei der Zerspanung während eines Zeitfensters im Kassettenspeicher hauptzeitparallel sortiert werden.

2. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, daß zur Speicherung der Werkzeugkammkassetten vorzugsweise ein Scheibenmagazin mit vertikaler Drehachse vorgesehen ist, in welchem am Umfang verteilt mehrere Werkzeugkammkassetten wechselbar angeordnet sind.

3. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Scheibenmagazine mit gemeinsamer Drehachse zur Speicherung von Werkzeugkammkassetten übereinander angeordnet sind und ein Handhabungsgerät auf beide Magazine Zugriff hat.