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Die
Erfindung betrifft ein Reinigungssystem für Oberflächen von Werkzeugaufnahmen
für Werkzeuge
von Werkzeugmaschinen, wobei das Reinigungssystem eine Reinigungseinheit
mit einem drehsymmetrischen Reinigungskörper aufweist, dessen Form
reziprok zur Oberfläche
der Werkzeugaufnahme gestaltet ist und welche dazu ausgebildet ist,
bei einem Reinigungsvorgang koaxial mit der Werkzeugaufnahme in
mechanischen Kontakt gebracht zu werden, wobei Werkzeugaufnahme
und Reinigungskörper
relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei der Reinigungskörper über ein
Zahnrad oder ein Reibrad verdrehbar ist.
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Fertigungsfehler
und unzureichende Maßhaltigkeit
sind bei Werkzeugmaschinen häufig
auf Verschmutzungen des Werkzeuges und der Werkzeugaufnahme zurückzuführen. Bereits
kleinste Späne
und sogar Staubkörner
zwischen der Spindel der Werkzeugmaschine und der Werkzeugaufnahme können dazu
führen,
dass eine Exzentrizität
am Werkzeug und Unrundheit am Werkstück außerhalb der Toleranzgrenzen
auftreten. Weiters wird die Standzeit des Werkzeugs durch derartige
Verunreinigungen wesentlich vermindert.
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Um
dies zu vermeiden ist es bekannt, die Werkzeugaufnahme beim Werkzeugwechsel
einer manuellen Reinigung zu unterziehen, was allerdings relativ
zeitaufwändig
ist. Insbesondere bei Bearbeitungszentren mit automatischem Werkzeugwechsel ist
diese Maßnahme
aber nicht ausreichend und/oder nicht anwendbar.
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Weiters
ist es bekannt, bei Werkzeugmaschinen automatische Reinigungswerkzeuge
zu verwenden, welche über
Düsen Werkstücke, Spannvorrichtungen
und Maschinenraum einer Werkzeugmaschine mittels Kühlschmiermittel
und/oder Druckluft reinigen. Nachteilig ist, dass es durch Abblasen
oder Abspülen
zu einer ungewünschten
Verfrachtung der Verunreinigungen kommen kann. Insbesondere bei Fertigungsprozessen
mit häufigen
Werkzeugwechseln ist diese Reinigungsmethode unzureichend.
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Aus
der
AT 501.092 A1 ist
ein Verfahren und System zum Be- bzw. Entladen einer Werkzeugmaschine
mit Werkzeugen bekannt, wobei die Werkzeuge in einem Magazin bzw.
Speicher gelagert werden und über
eine insbesondere entlang mehrerer Achsen bewegbaren Vorrichtung
zu einer Übergabeposition
an der oder in die Werkzeugmaschine transportiert werden und von
einem Einsatz von dieser entfernt werden. Eine geringe Zahl von
Werkzeugen wird in einem Zwischenspeicher in der Nähe der Werkzeugmaschine
bzw. deren Übergabestation
vorbereitet und gespeichert, so dass ein rascher Wechsel von Werkzeugen
in der Werkzeugmaschine möglich
wird und Stillstandszeiten aus einer Bewegung und einer Übergabevorrichtung
zwischen dem Speicher bzw. Magazin und der Werkzeugmaschine vermieden
werden können.
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Die
EP 1 179 388 A2 offenbart
ein Verfahren zum Reinigen von Werkzeugschäften. Die Reinigung findet
während
des Werkzeugtransportes von einem Werkzeugmagazin in eine Maschinenspindel und/oder
von der Maschinenspindel in das Werkzeugmagazin statt. Die Vorrichtung
zur Durchführung des
Verfahrens weist eine Aufnahme für
den Werkzeugschaft auf, in der das Reinigungselement untergebracht
ist.
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Die
DE 40 12 314 A1 beschreibt
ein Verfahren zum Reinigen von Werkzeughaltern, die in mittels Spindel
antreibbaren Werkzeugaufnahmen von Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren
einsetzbar sind. Dabei wird in die Werkzeugaufnahme eine Reinigungsvorrichtung
eingesetzt, die den Werkzeughalter des jeweiligen Werkzeuges reinigt, der
in die Reinigungsvorrichtung eingeführt wird. Des weiteren offenbart
die
DE 298 05 321
U1 eine Vorrichtung zum Reinigen der Kegelschäfte von
Werkzeugaufnahmen, wobei in einer Ausnehmung des Gehäuses ein
drehangetriebenes Reinigungswerkzeug, welches Abstreifelemente aufweist,
angeordnet ist. Im Gehäuse
ist weiters ein mit einem Druckfluid beaufschlagtes Kanalsystem
angeordnet, das auf die zu reinigenden Flächen des Kegelschaftes gerichtete
Spülkanäle enthält, wobei
das Reinigungswerkzeug durch das über das Kanalsystem zugeführte Druckfluid
drehangetrieben ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, insbesondere bei einer Werkzeugmaschine oder
bei einem Bearbeitungszentrum Fertigungsungenauigkeiten und Fehler
zufolge Verunreinigungen an der Werkzeugaufnahme zu vermeiden. Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Standzeit von Werkzeugen
zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass das Zahnrad oder Reibrad vorzugsweise mit
einer Zahnstange oder Reibfläche
im Eingriff steht und die Zahnstange oder Reibfläche feststehend ausgebildet
ist und die Reinigungseinheit auf einem parallel zur Zahnstange
oder Reibfläche
bewegbaren Element der Werkzeugwechseleinrichtung so angerichtet
ist, dass bei einer Bewegung des Elementes der Reinigungskörper durch
die Zahnstange oder Reibfläche
drehangetrieben wird.
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Während eines
Werkzeugwechsels die Reinigungseinheit der zu reinigenden Werkzeugaufnahme
zugeführt
oder die Werkzeugaufnahme der Reinigungseinheit zugeführt wird,
dass die Werkzeugaufnahme drehsicher gehalten wird und dass die
Reinigungseinheit samt Werkzeugaufnahme parallel zu einer feststehenden
Zahnstange oder einer Reibfläche geführt wird,
so dass der Reinigungskörper
der Reinigungseinheit in eine Drehbewegung versetzt wird.
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Das
Werkzeug wird dabei von einem automatischen Werkzeugwechsler aus
der Spindel des Bearbeitungszentrums genommen und mit dem nachfolgenden
Werkzeug, welches sich in der Manipulationseinrichtung des Matrixmagazins
in Ladeposition befindet, getauscht. Im Matrixmagazin sind die Werkzeuge
rasterartig in einer x-y Bewegungsebene der Manipulationseinrichtung
angeordnet. Danach legt die Manipulationseinrichtung das Werkzeug
in z-Richtung in einen Speicherplatz eines Speichermoduls ab und
nimmt das nächste
Werkzeug in z-Richtung aus dem Speichermodul. Das Aufnehmen erfolgt über die
z-Achse der Manipulationseinrichtung, welche wahlweise durch Servomotor,
hydraulisch oder pneumatisch angetrieben wird. Die Klemmung erfolgt
durch Federkraft oder wird durch Druck beaufschlagt (hydraulisch,
pneumatisch). Im Bewegungsbereich des Manipulationsgerätes ist
zwischen der Spindel und dem Speicher eine Reinigungseinheit angeordnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Reinigungseinheit fest mit
einem Arm der Manipulationseinrichtung und/oder mit einem Wechselkreiskopf des
Werkzeugwechselsystems verbunden ist.
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Die
Reinigungseinheit weist dabei einen Reinigungskörper mit einer zylindrischen
oder konischen Oberfläche
auf, dessen Form mit der Form der Werkzeugaufnahme korrespondiert.
Der Reinigungskörper
kann somit – bei
durch Steilkegel. gebildete Werkzeugaufnahmen – als Hohlkegel oder – bei durch
Hohlsteilkegel gebildete Werkzeugaufnahmen – als Kegel ausgebildet sein.
Der Reinigungskörper ist
drehbar in einem Gehäuse
der Reinigungseinheit gelagert und kann über ein Zahnrad oder ein Reibrad,
welches mit einer Zahnstange oder einer Reibfläche zusammenwirkt, verdreht
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Zahnstange oder Reibfläche fest
mit dem Manipulationsarm der Manipulationseinrichtung verbunden
ist. Wird der Kreiskopf samt der Reinigungseinheit parallel längs der
Zahnstange oder Reibfläche
bewegt, wobei das Zahnrad oder Reibrad mit der Zahnstange bzw. Reibfläche zusammenwirkt,
kann der Reinigungskörper
in Drehung versetzt werden. Durch die Relativbewegung zwischen dem
Reinigungskörper und
der festgehaltenen Werkzeugaufnahme wird die Oberfläche der
Werkzeugaufnahme durch auf dem Reinigungskörper angeordneten Reinigungsabstreifer,
beispielsweise Filzstreifen oder Kunststofflippen, gereinigt. Die
Reinigungsabstreifer werden mittels Federkraft gegen die Werkzeugaufnahme
gedrückt. Dadurch
können
auch zylindrische Werkzeugaufnehmer oder kegelförmige Sonderformen (z.B. Capto-Werkzeugaufnahmen)
gereinigt werden, wobei der Verschleiß der Reinigungsabstreifer
auto matisch ausgeglichen werden kann. Nach kompletter Abnutzung
der Reinigungsabstreifer können
diese ausgetauscht werden.
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Die
Reinigung der Werkzeugaufnahmen wird bevorzugt sowohl nach Entnahme
aus der Spindel als auch vor dem Einsetzen des Werkzeugs in die Spindel
durchgeführt.
Die durch den Wechselkreiskopf des Manipulationsarmes gehaltene
Werkzeugaufnahme wird dabei in z-Richtung der Manipulationseinrichtung
in die Reinigungseinheit eingeführt. Alternativ
dazu kann auch die Reinigungseinheit in z-Richtung der Manipulationseinrichtung
auf die Werkzeugaufnahme aufgesetzt werden. Während der Bewegung des Wechselkreiskopfes
des Werkzeugwechslers zum oder vom Werkzeugspeicher wird die Reinigungseinheit über die
mit dem Manipulationsarm fest verbundene Zahnstange oder Reibfläche geführt, wodurch
der Reinigungskörper
in Drehung versetzt wird und somit die Oberfläche der Werkzeugaufnahme gesäubert wird.
Danach wird das Werkzeug wieder aus der Reinigungseinheit entfernt
und entweder im Werkzeugspeicher gelagert oder auf die Spindel der
Werkzeugmaschine aufgesetzt.
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Um
eine Eigendrehung des Werkzeuges während der Reinigung der Werkzeugaufnahme
zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn die Reinigungseinheit eine
Verdrehsicherung für
die Werkzeugaufnahme aufweist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Bearbeitungszentrum mit einer erfindungsgemäßen Reinigungseinheit in einer
Schrägansicht;
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2 das
Bearbeitungszentrum mit der Reinigungseinheit in einer weiteren
Schrägansicht;
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3 eine
erfindungsgemäße Reinigungseinheit
in einer Schrägansicht;
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4 ein
Reinigungskörper
der Reinigungseinheit in einem Längsschnitt;
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5 die
Reinigungseinheit in einem Querschnitt; und
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6 die
Reinigungseinheit in einem Längsschnitt.
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Das
Bearbeitungszentrum 1 besteht aus einer Werkzeugmaschine 2,
einem im Ausführungsbeispiel
durch ein Matrixmagazin gebildeten Werkzeugspeicher 3,
einer Manipulationseinrichtung 4 für Werkzeug 5 und einem
Werkzeugwechsler 6. Der Werkzeugspeicher 3 weist
eine Anzahl von Öffnungen 7 in
entsprechenden Lager- bzw. Speicherelementen für Werkzeuge 5 auf,
welche in entsprechenden Lager- bzw. Speicherelementen 8 gelagert
sind. Im Werkzeugspeicher ist eine Vielzahl von Werkzeugen 5 in
einem x-y-Koordinatensystem gelagert.
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Zur
Entnahme der Werkzeuge 5 aus dem Werkzeugspeicher 3 und
zur Übergabe
an den Werkzeugwechsler 6 dient die Manipulationseinrichtung 4, welche
entlang mehrerer Achsen x, y, z oder Richtungen bewegbar oder schwenkbar
ist, wobei eine Bewegung in horizontaler Richtung mit dem Doppelpfeil 9 und
eine Bewegung in vertikaler Richtung mit dem Doppelpfeil 10 angedeutet
ist. Die Manipulationseinrichtung 4 übergibt bzw. übernimmt
Werkzeug 5 zum bzw. vom Werkzeugwechsler 6, welcher
einen um eine Achse 11 schwenkbaren Wechselkreiskopf 12 mit
zwei gegenüberliegenden
Greifern 13 aufweist. Der Werkzeugwechsler 6 setzt
das Werkzeug 5 auf die Spindel 14 der Werkzeugmaschine 2 auf
bzw. löst das
Werkzeug 5 von dieser. Um dies zu ermöglichen kann der Wechselkreiskopf 12 des
Werkzeugwechslers 6 Schubbewegungen in z-Richtung durchführen.
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Im
Transportbereich zwischen der Spindel 14 und dem Werkzeugspeicher 3 ist
eine Reinigungseinheit 15 für die kegelige oder zylindrische
Oberfläche
der Werkzeugaufnahmen 16 der Werkzeuge 5 vorgesehen.
Im in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Reinigungseinheit 15 fest mit der Werkzeugwechselsystem 6 verbunden
und kann mit diesem eine durch den Pfeil 9 angedeutete Bewegung
in y-Richtung durchführen.
Die Reinigungseinheit 15 weist dabei ein Gehäuse 17 auf,
in welchem ein Reinigungskörper 18 drehbar
gelagert ist. Der Reinigungskörper 18 ist
mit einem Zahnrad 19 drehverbunden, dessen Zähne mit
einer Zahnstange 20 in Eingriff stehen. Anstelle des Zahnrades 19 kann
auch ein auf einer Reibfläche
abwälzendes Reibrad
verwendet werden. Die Zahnstange 20 ist fest mit dem Arm 21 der
Manipulationseinrichtung 4 verbunden.
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Das
Werkzeug 5 wird vom Werkzeugwechsler 6 aus der
Spindel 14 der Werkzeugmaschine 2 genommen und
mit dem nachfolgenden Werkzeug 5, welches sich in der Manipulationseinrichtung 4 in Warteposition
befindet, ausgetauscht. Danach wird das Werkzeug von der Manipulationseinrichtung
in einen Speicherplatz des Werkzeugspeichers 3 abgelegt
und wieder das nächste
Werkzeug 5 aus dem Werkzeugspeicher 3 aufgenommen.
Das Aufnehmen erfolgt über
die z-Achse. Der
Antrieb in der z-Achse kann wahlweise durch einen Servomotor, hydraulisch oder
pneumatisch erfolgen. Die Klemmung erfolgt durch Federkraft oder
Druck beaufschlagt (hydraulisch, pneumatisch).
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Wie
der 6 entnehmbar ist, kann die Werkzeugaufnahme 16,
sobald sie in die Reinigungseinheit 15 eingeführt ist,
mittels einer Verdrehsicherung 23 gehalten werden. Das
Werkzeug 5 wird über Anzugsbolzen 24 und
Klemmkugeln 25 in der Reinigungseinheit 15 gehalten.
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Während der
y-Bewegung der Manipulationseinrichtung 4 wird die Reinigungseinheit 15 parallel
zur feststehenden Zahnstange 20 bewegt, wobei das Zahnrad 19 an
der Zahnstange 20 abrollt und somit der Reinigungskörper 18 in
Drehung versetzt wird. Durch die Drehbewegung des Reinigungskörpers 18 kann
die Oberfläche
der Werkzeugaufnahme 16 eines in die Reinigungseinheit 15 eingesetzten Werkzeuges 5 gereinigt
werden. Die Reinigung erfolgt dabei mittels mehrerer am Umfang des
Reinigungskörpers 18 angeordneter
Reinigungsabstreifer 21, welche beispielsweise durch Filzleisten
oder Kunststoffleisten gebildet sein können. Die Reinigungsabstreifer 21 werden
mittels Federn 22 an die kegelige Oberfläche der
Werkzeugaufnahme 16 gepresst. Durch die Federn 22 kann
eventueller Verschleiß der
Reinigungsabstreifer 21 automatisch ausgeglichen werden.
Nach kompletter Abnützung der
Reinigungsabstreifer 21 können diese problemlos ausgetauscht
werden. Prinzipiell eignet sich die Reinigungseinheit 15 – bei passend
geformten Reinigungskörpern 18 – für Werkzeugaufnahmen 16,
welche als Steilkegel, als Hohlsteilkegel, als Zylinder geformt
sind, oder welche kegelförmige
Sonderformen (z.B. Capto-Werkzeugaufnahmen) aufweisen. Die Federn 22 können auch
einen nicht drehsymmetrischen Querschnitt einer sogenannten "Capto"-Werkzeugaufnahme
ausgleichen.
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Die
Reinigungsabstreifer 21 weisen eine hohe Lebensdauer auf.
Durch optimale Anpressung der Reinigungsabstreifer 21 an
die Werkzeugaufnahmen 16 kann eine optimierte Reinigung
auch nach längerem
Einsatz gewährleistet
werden. Dadurch sind hohe Standzeiten der Werkzeugaufnahmen 16 realisierbar.
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Die
Reinigung der Werkzeugaufnahme 16 erfolgt vorteilhafterweise
sowohl vor als auch nach der Verwendung des Werkzeugs 5.
Die Reinigung der Werkzeugaufnahme 16 erfolgt automatisch
durch den rotierenden Reinigungskörper 18, während das Werkzeug 5 in
den Werkzeugspeicher 3 oder aus dem Werkzeugspeicher 3 transportiert
wird. Durch die integrierte Reinigung im Fahrweg wird der Fertigungsprozess
nicht gestört
und auch die Werkzeugwechselzeit nicht nachteilig beeinflusst. Die
automatische Reinigung steigert die Prozesssicherheit im Fertigungsprozess.
Die Reinigung erfolgt nahezu ohne Zeitverlust und hat den Vorteil,
dass die Lebensdauer durch die gereinigten Werkzeuge wesentlich
erhöht
wird.