DE19950318C2 - Bearbeitungszentrum mit Pick-Up-Werkzeugwechsel - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bearbeitungszentrum nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Es sind hochdynamische Werkzeugmaschinen bekannt, deren Arbeitsspindeln mit einem Drei-Achs-Modul in einer Rahmenkonstruktion verfahrbar angeordnet sind. Die Führungen 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.

Stand der Technik nach DE 35 05 138 C2 ist ein gattungsgemäßes mehrspindliges Bearbeitungszentrum in Fahrständerbauart. Diese herkömmliche Bauweise eignet sich wegen der großen bewegten Massen nicht für den hochdynamischen Einsatz. Außerdem verhindern die Kollisionsverhältnisse dieser Bauart die Anordnung eines Pick-Up-Werkzeugmagazins mit vertikaler Drehachse oberhalb des Spindelstocks. Mehrspindlige Maschinen benötigen für komplexe Bearbeitungen jedoch große Werkzeugspeicher. Diese Speicher sind bei herkömmlicher Bauart neben der Maschine angeordnet. Daraus ergeben sich ungünstige Platzverhältnisse und lange Werkzeugwechselzeiten.

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.

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 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 gleichen Maschinenkonstruktion zu integrieren, und 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.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Bearbeitungszentrum mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Es 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 darüber eine transportable Werkzeugkammkassette im Bereich des Spindelstocks angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungen mit einem Konsolschlitten kann der darauf geführte nach innen gerichtete Spindelstock nahezu wahlfrei gestaltet werden. Die Anordnung des Konsolschlittens 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

Einzelheiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht des Maschinenbetts.

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

Fig. 3 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 Konsolschlitten (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 Konsolschlitten (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 Querschschlitten (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 Konsolschlitten (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 (14) 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 Zweiachsenhandhabungsgerät (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 Zweiachsenhandhabungsgerät (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 dem unteren Scheibenmagazin (13a) angeordnet sein. Der Austausch von Werkzeugkammkassetten (12) zwischen den beiden Scheibenmagazinen (13a, b) erfolgt ebenfalls mit dem Zweiachsenhandhabungsgerät (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 Zweiachsenhandhabungsgeräts (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 Zweiachsenhandhabungsgeräts (14) die Position des oberen Scheibenmagazins (13b) erreicht hat. Mit einer Horizontalbewegung wird die zweite Werkzeugkammkassette (12) dann im oberen Scheibenmagazin (13b) abgelegt. Anschließend verfährt das Zweiachsenhandhabungsgerät (14) wieder in horizontaler Richtung aus dem Kollisionsbereich des oberen Scheibenmagazins (13b) heraus.

Der hauptzeitparallele externe Austausch von Werkzeugen (10) wird möglich indem das Zweiachsenhandhabungsgerät (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 mit Pick-Up- Werkzeugwechsel aus Werkzeugkammkassetten mit einer oder mehreren horizontalen Arbeitsspindeln und um eine horizontale Achse drehbaren Werkstückträgern, welche im vorderen Bereich des Maschinenbetts angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der rückwärtigen Außenseite des Maschinenbetts (1), an zwei an den oberen Enden nicht miteinander verbundenen stationären Ständern (2) mit jeweils einer vertikalen Führung (3), ein Konsolschlitten (4) mit aufgesetztem Querschlitten (5), ein als Vorschubschlitten ausgeführter Spindelstock (6) zur Aufnahme der Werkzeuge (10) und ein Scheibenmagazin (13) mit vertikaler Drehachse angeordnet sind, wobei der Konsolschlitten (4) zum Werkzeugwechsel sich in der oberen Endtage befindet.

2. Bearbeitungszentrum nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Scheibenmagazins (13) verteilt mehrere Werkzeugkammkassetten (12) mittels eines Zweiachsenhandhabungsgeräts (14) wechselbar angeordnet sind.

3. Bearbeitungszentrum nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Scheibenmagazine (13a, b) mit gemeinsamer Drehachse zur Speicherung von Werkzeugkammkassetten (12) übereinander angeordnet sind und ein Zweiachsenhandhabungsgerät (14) auf beide Scheibenmagazine (13a, b) Zugriff hat.