DE202016006885U1

DE202016006885U1 - Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks

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Publication number: DE202016006885U1
Application number: DE202016006885.8U
Authority: DE
Original assignee: Gebr Saacke & Co KG GmbH
Current assignee: Gebr Saacke & Co KG GmbH
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2026-11-11

Abstract

Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die ein Werkzeugwechselmagazin (20) mit einem Magazinring (21) aufweist, entlang dessen Umfang eine Anzahl von Werkzeughaltern (22, 22a) zur Aufnahme von in eine Werkzeugspindel (5) der Werkzeugmaschine (1) aufnehmbaren Werkzeugen (W, W') mit in Bezug auf den Magazinring (21) ausgerichteten Schäften (S) aufnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugwechselvorrichtung (10) eine Verstelleinrichtung (11) aufweist, durch welche sie von einer Parkposition in eine Wechselposition bewegbar ist, dass die Werkzeugwechselvorrichtung (10) eine Verstelleinrichtung (25) aufweist, durch welche das Werkzeugwechselmagazin (20) zumindest um eine Futterlänge des ein- oder auszuwechselnden Werkzeugs (W) relativ zu der das jeweilige Werkzeug (W, W') aufnehmenden Werkzeugspindel (5) der Werkzeugmaschine (1) bewegbar ist, dass mindestens ein Werkzeug (W) im Magazinring (21) des Werkzeugwechselmagazins (20) mit einem nach außen weisenden Schaft (S) in dem oder einen der Werkzeughalter (22, 22a) aufnehmbar ist, so dass durch die Verstelleinrichtung (25) der Schaft (S) des aus- bzw. einzuwechselnden Werkzeugs (W) in die Werkzeugspindel (5) aus- bzw. einfutterbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die ein Werkzeugwechselmagazin mit einem Magazinring aufweist, entlang dessen Umfang eine Anzahl von Werkzeughaltern zur Aufnahme von in eine Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine aufnehmbaren Werkzeugen mit in Bezug auf den Magazinring ausgerichteten Schäften angeordnet sind, sowie eine Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugspindel zur Aufnahme eines in einem Werkzeugwechselmagazin gehaltenen Werkzeugs.
Eine derartige Werkzeugwechselvorrichtung sowie eine diese verwendende Werkzeugmaschine sind aus der DE 10 2013 010 701 A1 der Anmelderin bekannt. Hierbei ist vorgesehen, dass die in die Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine einzuwechselnden Werkzeuge im Werkzeugwechselmagazin der Werkzeugwechselvorrichtung jeweils mit einem in das Innere des Magazinrings gerichteten Schaft aufgenommen sind. Der Magazinring ist um eine Zentralsäule der Werkzeugmaschine drehbar und die die Werkzeuge aufnehmenden Werkzeughalter sind nur entlang eines Umfangssegments des Werkzeugwechselmagazins angeordnet, so dass im übrigen Bereich des Magazinrings ein freier Umfangsraum ausgebildet ist. Das Werkzeugwechselmagazin weist einen Drehantrieb zur Durchführung einer Drehbewegung um eine zur Ebene des Magazinrings im wesentlichen orthogonalen und durch sein Zentrum verlaufenden Achse auf.
Zum Auswechseln eines in der Werkzeugspindel aufgenommenen Werkzeugs wird das Werkzeugwechselmagazin von seiner Parkposition ausgehend um einen Verschiebeweg, der größer gleich der Futterlänge des in der Werkzeugspindel befindlichen Werkzeugs ist, verschoben, und das Werkzeugwechselmagazin wird um seine Drehachse gedreht, bis ein freier Werkzeughalter vor der Werkzeugspindel positioniert ist. Danach wird das Werkzeugwechselmagazin in einer der vorgenannten Verschieberichtung entgegengesetzten Verschieberichtung verschoben, bis der freie Werkzeughalter sich in seiner Ablageposition unter der Werkzeugspindel befindet. Durch deren Bewegung wird das in ihr aufgenommene Werkzeug in diesen Werkzeughalter abgelegt und durch eine erneute Verschiebebewegung des Magazinrings wird der das ausgewechselte Werkzeug aufnehmende Werkzeughalter von der Werkzeugspindel wegbewegt.
Um ein im Werkzeugwechselmagazin aufgenommenes Werkzeug einzuwechseln, wird das Werkzeugwechselmagazin der Werkzeugwechselvorrichtung durch deren Dreheinrichtung solange gedreht, bis der Werkzeughalter, welcher das einzuwechselnde Werkzeug enthält, vor der Werkzeugspindel positioniert ist. Durch eine Verschiebebewegung des Magazinrings des Werkzeugwechselmagazins der Werkzeugwechselvorrichtung wird der Werkzeugschaft dieses Werkzeugs in die Werkzeugspindel eingefuttert. Nach diesem Einfuttern des Werkzeugs wird der Magazinring durch eine Verschiebebewegung von der Werkzeugspindel wegbewegt und der Magazinring wird durch eine Drehbewegung in seine Parkposition zurückbewegt.
Aus der DE 10 2008 059 089 A1 der Anmelderin ist eine Werkzeugmaschine, die eine Werkzeugspindel zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines in die Werkzeugspindel aufgenommenen Werkzeugs besitzt und die ein drehbares Werkzeugwechselmagazin aufweist, bekannt. Das Werkzeugwechselmagazin besitzt an seinem Umfang angeordnete Werkzeughalter, in welche Werkzeuge in einer definierten Lage ihres Schafts aufnehmbar sind. Für einen Werkzeugwechsel wird die Werkzeugspindel durch eine Verstellbewegung der Verstelleinrichtung zu dem sich in seiner Grundstellung befindlichen, verschwenkbar in der Werkzeugmaschine aufgenommenen Werkzeugwechselmagazin verfahren. Das Werkzeugwechselmagazin ist dabei derart verschwenkbar, dass der Schaft des im Werkzeughalter aufgenommenen, auszuwechselnden Werkzeugs in einer Wechselstellung des Werkzeugwechselmagazins vor einer Aufnahme der Werkzeugspindel angeordnet ist, so dass durch eine Relativbewegung zwischen der im Werkzeugwechselmagazin aufgenommenen Werkzeugspindel und dem Werkzeugwechselmagazin der Schaft dieses Werkzeuges in der Aufnahme der Werkzeugspindel spannbar ist, und dass durch eine Relativbewegung zwischen der Werkzeugspindel und dem Werkzeugwechselmagazin das einzuwechselnde Werkzeug aus seiner Werkzeughalterung bewegbar ist.
Aus der DE 10 2006 037 435 A1 ist ein Werkzeugwechselmagazin bekannt, bestehend aus einer in der horizontalen Ebene liegenden kreisförmigen Magazinscheibe, an deren Außenumfang ein vertikal nach oben weisender Magazinring angeordnet ist. Die Magazinscheibe, der Magazinring und somit das gesamte Magazinrad ist in einem Winkelbereich kreissegmentförmig und damit mit einem segmentförmigen freien Ausschnitt ausgebildet. Dieser Ausschnitt dient dazu, dass – nachdem das bekannte Werkzeugwechselmagazin aus einem Arbeitsbereich einer dieses verwendenden Werkzeugmaschine hinausbewegt wurde – Trennwände in radialer Richtung des Magazinrads in diesen Ausschnitt hineinbewegt werden können, um derart den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine zu verschließen: Sind die Trennwände von ihrer das bekannte Werkzeugwechselmagazin gegenüber dem Arbeitsbereich abschirmenden Schließstellung in eine Offenstellung bewegt, so kann dieses Werkzeugwechselmagazin um seine vertikale Achse gedreht werden und greift mit seinem Umfang in den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine hinein, so dass ein Werkzeugwechsel durchgeführt werden kann. In den oberen Rand des Werkzeugwechselmagazins ist eine koaxial umlaufende T-Nut eingearbeitet, in welche den Magazinring ausbildende Werkzeughalter eingesetzt sind, die mit einem Fuß auf der Magazinscheibe aufsitzen und in die T-Nut eingreifen, so dass die Werkzeughalter in der T-Nut in Umfangrichtung des Magazins verschoben und in der gewünschten Position geklemmt werden können. Die Werkzeughalter weisen des weiteren von ihrem Fuß vertikal nach oben und bilden jeweils eine sich U-förmig nach oben öffnende Aufnahme für jeweils ein Werkzeug aus. Die Aufnahmen sind dabei so ausgebildet, dass das Werkzeug von oben in die Aufnahme eingelegt werden kann, die Werkzeuge werden dabei so in die Werkzeughalter eingesetzt, dass ihre Schäfte von dem Magazinrad radial nach innen gerichtet sind, während das eigentliche Werkzeug radial nach außen gerichtet ist.
Aus der DE 10 2006 037 437 A1 ist eine ein derartiges Werkzeugwechselmagazin verwendende Werkzeugmaschine bekannt. Diese weist ein horizontales Maschinenbett auf, auf welchem horizontal in der X-Richtung verfahrbar eine Werkzeugspindel gelagert ist, in der ein Werkstück gespannt werden kann. Der Arbeitsbereich der Werkzeugspindel ist durch verschiebbare Trennwände abgeschlossen. Hinter den geschlossenen Trennwänden befindet sich das vorstehend beschriebene Werkzeugwechselmagazin, in welchem Werkzeuge gespeichert und zum Einwechseln in die Werkzeugspindel bereitgestellt sind. Die Trennwände der Werkzeugmaschine greifen dabei in den segmentartigen Ausschnitt des Magazinrads ein. Um einen Werkzeugwechsel durchzuführen, werden zunächst die Trennwände weggefahren, so dass das Magazinrad in den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine hineingedreht werden kann. Dann wird dieses über einen gesteuerten motorischen Antrieb so gedreht, dass ein freier Werkzeughalter in die Wechselposition gebracht wird.
In der europäischen Patentanmeldung EP-A 1 886 762 ist eine Werkzeugmaschine beschrieben, die ein horizontales Maschinenbett aufweist, auf welchem horizontal in einer X-Achse verfahrbar eine Werkzeugspindel gelagert ist. Diese ist horizontal angeordnet und über einen Werkstückspindelantrieb rotierend antreibbar. An beiden Seiten des Maschinenbetts ist jeweils eine vertikal nach oben gerichtete Seitenwange ausgebildet. Auf den horizontalen, in der Y-Achse verlaufenden Oberseiten der Seitenwange ist jeweils eine Y-Führung angeordnet, auf denen eine Brücke gelagert ist, die in der Y-Achse gesteuert angetrieben verfahrbar ist und einen Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine zwischen den Seitenwangen überspannt. Zentrisch in der Brücke ist ein Z-Schlitten angeordnet, der gesteuert antreibbar in der vertikalen Z-Achse verfahrbar und gesteuert antreibbar um seine vertikale C-Achse drehbar ist. Am unteren Ende des Z-Schlittens ist ein Träger befestigt, an welchem eine drehantreibbare Werkzeugspindel mit horizontaler Achse gelagert ist, die in der horizontalen Achse gesteuert verfahrbar ist. Die Werkzeugmaschine weist ein Magazinrad auf, welches um eine vertikale, zur Z-Achse parallele Achse gesteuert drehbar angetrieben wird. Das Magazinrad besteht aus einer in einer horizontalen Ebene liegenden kreisförmigen Magazinscheibe, an deren Außenumfang ein vertikal nach oben weisender Magazinring angeordnet ist. Die Magazinscheibe sitzt zentrisch auf einer vertikalen Antriebswelle und ist zu ihrer Drehbewegung von einem Motor antreibbar. Der Magazinring weist mehrere Werkzeughalter auf, in denen Werkzeuge mit ins Innere des Magazinrads weisenden Schäften aufgenommen sind. Um nun ein Werkzeug zu wechseln, wird das Magazinrad von seiner Grundstellung in den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine hineingedreht, und zwar derart, dass ein freier Werkzeughalter in eine Wechselposition gebracht wird, d. h. in der Ebene der Y-Bewegung des Z-Schlittens positioniert ist. Der Z-Schlitten wird dann so gedreht, dass der Träger mit der Werkzeugspindel ebenfalls in dieser Ebene ausgerichtet ist. Nun fährt die Brücke in der Y-Achse nach hinten, bis sich die Werkzeugspindel oberhalb des Magazinrads und innerhalb des Umfangs des Magazinrings befindet. Dann wird der Z-Schlitten vertikal nach unten gefahren, wobei das Werkzeug mit seiner Greifrille in die Aufnahme des freien Werkzeughalters eingelegt wird. Anschließend fährt der Z-Schlitten in der Y-Achse weiter nach hinten, wodurch die Werkzeugspindel radial von dem Magazinring nach innen bewegt wird. Nach dieser Ablage des Werkzeugs im Magazinrad wird nun das Magazinrad über den Motor gesteuert verdreht, bis das nächste ausgewählte Werkzeug in der Wechselposition radial vor der Werkzeugaufnahme der Werkzeugspindel positioniert ist. In dieser Stellung wird die Werkzeugspindel mittels des Z-Schlittens wieder radial nach außen geschoben, wodurch sich ihre Werkzeugaufnahme auf den Schaft des nun positionierten nächsten Werkzeugs schiebt und dieses spannt. Mittels des Z-Schlittens wird nun die Werkzeugspindel mit dem gespannten nächsten Werkzeug nach oben gefahren, wodurch das Werkzeug aus dem Werkzeughalter herausgehoben wird. Sobald sich die Werkzeugspindel mit dem Werkzeug oberhalb des Magazinrings befindet, kann die Werkzeugspindel wieder in ihre Arbeitsstellung gefahren werden und das Magazinrad wird in seine Grundstellung zurückgedreht, so dass die den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine vom Magazinrad trennenden Wände geschlossen und die Bearbeitung des Werkstücks mit einem neuen Werkzeug beginnen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, insbesondere für eine Werkzeugmaschine zur spanenden Materialbearbeitung, zu schaffen, die einen einfachen Werkzeugwechsel ermöglicht. Auch soll eine diese Werkzeugwechselvorrichtung verwendende Werkzeugmaschine vorgeschlagen werden.
Die erfindungsgemäße Werkzeugwechselvorrichtung sieht vor, dass die Werkzeugwechselvorrichtung eine Verstelleinrichtung aufweist, durch welche sie von einer Parkposition in eine Wechselposition bewegbar ist, dass die Werkzeugwechselvorrichtung eine Verstelleinrichtung aufweist, durch welche das Werkzeugwechselmagazin zumindest um eine Futterlänge des ein- oder auszuwechselnden Werkzeugs relativ zu der das jeweilige Werkzeug aufnehmenden Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine bewegbar ist, dass mindestens ein Werkzeug im Magazinring des Werkzeugwechselmagazins mit einem nach außen weisenden Schaft in dem oder einen der Werkzeughalter aufnehmbar ist, so dass durch die Verstelleinrichtung der Schaft des aus- bzw. einzuwechselnden Werkzeugs in die Werkzeugspindel aus- bzw. einfutterbar ist.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass sie die erfindungsgemäße Werkzeugwechselvorrichtung besitzt.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise eine Werkzeugwechselvorrichtung und eine diese verwendende Werkzeugmaschine geschaffen, welche sich dadurch auszeichnen, dass der Werkzeugwechselvorgang in besonders einfacher Art und Weise durchführbar ist. Indem nun erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Werkzeugwechselmagazin durch eine Verstelleinrichtung von einer Parkposition, in der sie sich vorzugsweise außerhalb des Arbeitsbereichs der Werkzeugmaschine befindet, in eine Werkzeugwechselposition, in der sich das Werkzeugwechselmagazin vor der Werkzeugspindel der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine und somit in deren Arbeitsbereich befindet, bewegt werden kann, und dass das Werkzeugwechselmagazin durch eine Verstelleinrichtung in diese Wechselposition relativ zur Werkzeugspindel bewegbar ist, wird in vorteilhafter Art und Weise ein besonders einfacher und rascher Werkzeugwechsel erreicht. Von Vorteil hierbei ist, dass durch die vorgenannte Verschiebbarkeit des Werkzeugwechselmagazins durch die Verstelleinrichtung eine Verschiebebewegung der Werkzeugspindel vermieden werden kann, was nicht nur zu kurzen Wechselzeiten, sondern auch in vorteilhafter Art und Weise zu einem geringeren Verschleiß der die Werkzeugspindel bewegenden Hubeinrichtung führt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Werkzeughalter des Magazinrings des Werkzeugwechselmagazins der erfindungsgemäßen Werkzeugwechselvorrichtung in radialer Richtung derart im Magazinring angeordnet ist, dass in der Wechselposition die Ausrichtung des Schafts des in ihm aufgenommenen Werkzeugs mit der Bewegungsrichtung der Verstelleinrichtung zusammenfällt. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch eine einfache Kinematik des Werkzeugwechselvorgangs erzielbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Werkzeughalter des Magazinrings des Werkzeugwechselmagazins der erfindungsgemäßen Werkzeugwechselvorrichtung zur Bewegungsrichtung der Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Werkzeugwechselvorrichtung versetzt angeordnet ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch der für einen derartig versetzt angeordneten Werkzeughalter zur Verfügung stehende Aufnahmeraum für ein Werkzeug vergrößert ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verstelleinrichtung der Werkzeugwechselvorrichtung einen das Werkzeugwechselmagazin tragenden Ausleger aufweist, der von einer Betätigungseinheit beaufschlagt ist, durch welche der Ausleger von der Parkposition des Werkzeugwechselmagazins in dessen Wechselposition bewegbar ist, wobei vorzugsweise diese Betätigungseinheit einen am Ausleger angreifenden Pneumatikzylinder besitzt, dessen Kolbenstange den Ausleger beaufschlagt. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen besitzen den Vorteil, dass hierdurch in einfacher Art und Weise eine Verschwenkbewegung des erfindungsgemäßen Werkzeugwechselmagazins von seiner Parkposition in seine Wechselposition erzielbar ist.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im Folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugmaschine zusammen mit einer Ausführungsform einer sich in ihrer Parkposition befindlichen Werkzeugwechselvorrichtung,
2 das Ausführungsbeispiel der 1, wobei sich das Werkzeugwechselmagazin der Werkzeugwechselvorrichtung in seiner Wechselposition befindet,
3 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1,
4 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß 2,
5 die Werkzeugwechselvorrichtung der 1 bis 4,
6 das Werkzeugwechselmagazin der 1 bis 5,
7a bis 7i eine schematische Darstellung eines Werkzeugwechsels,
8 eine schematische Draufsicht auf den Magazinring der Werkzeugwechselvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und
9 eine schematische Draufsicht auf einen Magazinring eines zweiten Ausführungsbeispiels der Werkzeugwechselvorrichtung.
In den Figuren ist nun eine allgemein mit 1 bezeichnete Werkzeugmaschine dargestellt, deren Grundaufbau bekannt ist und daher nicht mehr näher beschrieben wird. Die Werkzeugmaschine 1 weist ein Maschinenbett 2 auf, auf dem ein in einer X-Richtung verfahrbarer Werkstückschlitten 3 angeordnet ist, welcher eine Werkstückschlittenspindel 4 trägt, in der das zu bearbeitende Werkstück (nicht gezeigt) spannbar ist. Das Werkstück wird von einem Werkzeug W bearbeitet, das in einer Werkzeugspindel 5 aufnehmbar und von dieser drehantreibbar ist. Die Werkzeugspindel 5 wird von einer Hubeinrichtung 6, die hier als ein in Y-Richtung verfahrbarer und auf Linearführungen 6'' laufender Schlitten 6' ausgebildet ist, getragen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Werkzeugspindel 5 um eine Drehachse B verschwenkbar ist, welche parallel zur vorgenannten Y-Richtung verläuft.
Die Werkzeugmaschine 1 weist eine Werkzeugwechselvorrichtung 10 auf, die ein Werkzeugwechselmagazin 20 besitzt, welches durch eine Verstelleinrichtung 11 der Werkzeugwechselvorrichtung 10 von einer in den 1 und 3 gezeigten Parkposition in eine in den 2 und 4 gezeigte Wechselposition bewegbar ist. Das Werkzeugwechselmagazin 20 ist – wie nachstehend ebenfalls noch weiter beschrieben – drehbar sowie relativ zur Werkzeugspindel 5 verfahrbar. Wie am besten aus der 3 ersichtlich ist, befindet sich das Werkzeugwechselmagazin 20 in seiner Parkposition außerhalb eines Arbeitsbereichs der Werkzeugmaschine 1.
Um das Werkzeugwechselmagazin 20 von seiner Parkposition außerhalb des Arbeitsbereichs der Werkzeugmaschine 1 in seine Wechselposition zu bewegen, in der sich das Werkzeugwechselmagazin 20 vor der Werkzeugspindel 5 und somit im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 1 befindet, wird das Werkzeugwechselmagazin 20 in seine Wechselposition verschwenkt.
Um diese Verschwenkbarkeit des Werkzeugwechselmagazins 20 von seiner Parkposition in seine Wechselposition und zurück zu erreichen, ist bei der beschriebenen Ausführungsform der Werkzeugwechselvorrichtung 10 vorgesehen, dass – wie am besten aus den 5 und 6 ersichtlich ist – das Werkzeugwechselmagazin 20 an einem Ausleger 13 einer Verstelleinrichtung 11 der Werkzeugwechselvorrichtung 10 angeordnet ist. Dieser ist an einer Säule 12 der Verstelleinrichtung 11 drehbar und von einer Betätigungseinheit 14 bewegbar angeordnet. Am Ausleger 13 ist ein Kolben 15 eines Pneumatikzylinders 16 der Betätigungseinheit 14 angelenkt, wobei der Pneumatikzylinder 16 an einem Trägerelement 17 der Verstelleinrichtung 11 angelenkt ist. Durch ein Ein- bzw. Ausfahren des Kolbens 15 des Pneumatikzylinders 16 wird eine Schwenkbewegung des Auslegers 13 und somit des von diesem getragenen Werkzeugwechselmagazins 20 bewirkt, so dass in vorteilhafter Art und Weise einfach eine Bewegung des Werkzeugwechselmagazins 20 zwischen der Parkposition und der Wechselposition erzielbar ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Ausleger 13 längenverstellbar ausgeführt ist. Im hier beschriebenen Fall wird dies dadurch erreicht, dass der Ausleger 13 einen Schlitten 13a aufweist, der auf einer Schlittenführung 13b verschiebbar ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass die beschriebene Werkzeugwechselvorrichtung 10 in einfacher Art und Weise an unterschiedlich dimensionierte Werkzeugmaschinen 1 und/oder Werkzeuge anpassbar ist. Diese längenveränderliche Ausgestaltung des Auslegers 13 der Verstelleinrichtung 11 besitzt auch den Vorteil einer einfachen Erst-Justage des Werkzeugwechselmagazins 20 relativ zur Werkzeugspindel 5: Die Werkzeugwechselvorrichtung 10 wird hierzu in die Werkzeugmaschine 1 montiert, wobei der Ausleger 13 zusammengeschoben ist. Hierdurch wird die Gefahr einer Kollision und somit Beschädigung der Werkzeugspindel 5 reduziert. Erst nach der Montage der Werkzeugwechselvorrichtung 10 in der Werkzeugmaschine 1 wird dann der Ausleger 13 soweit auseinandergezogen, bis das Werkzeugwechselmagazin 20 in der Wechselposition lagerichtig vor der Werkzeugspindel 5 positioniert ist.
Das Werkzeugwechselmagazin 20 ist nun in 6 dargestellt. Es weist einen Magazinring 21 auf, der ein Grundelement 23 besitzt, auf dem eine Anzahl von Werkzeughaltern 22 angeordnet ist. Im hier beschriebenen Fall sind acht Werkzeughalter 22 vorgesehen. Dem Fachmann ist aber klar ersichtlich, dass die hier genannte Anzahl von acht Werkzeughaltern 22 nur exemplarischen Charakter besitzt. Die Werkzeughalter 22 sind nach oben offen ausgebildet, so dass in jeden Werkzeughalter 22 von oben, also in Richtung der negativen Y-Achse, ein Werkzeug W einsetzbar und entgegen der vorgenannten Richtung, also in Y-Richtung, aus dem jeweiligen Werkzeughalter 22 entnehmbar ist. Wie aus der 6 deutlich ersichtlich, ist vorgesehen, dass die Schäfte S der Werkzeuge W beim ersten Ausführungsbeispiel radial ausgerichtet in den jeweiligen Werkzeughaltern 22 aufgenommen sind, und zwar derart, dass die Schäfte S der Werkzeuge W nach außen weisen. Die Bearbeitungselemente W' der Werkzeuge W liegen somit im Inneren des durch die Werkzeughalter 22 definierten Magazinrings 21 des Werkzeugwechselmagazins 20.
Im hier gezeigten Fall sind die einzelnen Werkzeuge W noch mit einer Kühlmittelzufuhr K ausgebildet. Dem Fachmann ist aber aus nachfolgender Beschreibung des Werkzeugwechselvorgangs klar ersichtlich, dass die spezielle Ausgestaltung der Werkzeuge W von untergeordneter Bedeutung ist. Wesentlich ist nur, dass die Schäfte S der in den Werkzeughaltern 22 aufgenommenen Werkzeuge W nach außenliegend angeordnet sind.
Die Werkzeugwechselvorrichtung 10 weist eine Antriebseinrichtung 24 für das Werkzeugwechselmagazin 20 auf, durch welche der Magazinring 21 des Werkzeugwechselmagazins 20 um seine Hochachse rotierbar ist. Hierdurch wird erreicht, dass derjenige der Werkzeughalter 22, welcher das einzuwechselnde Werkzeug W aufnimmt, oder derjenige der Werkzeughalter 22, hier der Werkzeughalter 22a, in den das in der Werkzeugspindel 5 befindliche, auszuwechselnde Werkzeug W abzulegen ist, vor der Werkzeugspindel 5 positioniert werden kann.
Der Magazinring 21 ist auf einer Verschiebeeinrichtung 25 angeordnet, welche Linearführungen 25a, 25b besitzt, auf denen ein das Grundelement 23 des Magazinrings 21 tragender Schlitten 26 verschiebbar ist. Der Schlitten 26 wird von einem Pneumatikzylinder 27 angetrieben, welcher für die nachstehend beschriebene Hubbewegung des Magazinrings 21 sorgt. Dem Fachmann ist aus nachfolgender Beschreibung ebenfalls ersichtlich, dass die beschriebene Ausgestaltung der Verschiebeeinrichtung 25, nämlich ein von dem Pneumatikzylinder 27 beaufschlagter Schlitten 26, nicht zwingend ist. Es ist auch möglich, den Magazinring 21 durch andere Mittel, z. B. durch einen Elektromotor, linear zu verschieben. Wesentlich ist nur, dass durch die Verschiebeeinrichtung 25 die nachfolgend beschriebene Hubbewegung des Magazinrings 21 beim Werkzeugwechselvorgang erzielbar ist.
Der Werkzeugwechselvorgang wird nun anhand der 7a bis 7i beschrieben. Aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung wurden sämtliche Komponenten der Werkzeugmaschine 1, die zur Erläuterung des Werkzeugwechselvorgangs nicht erforderlich sind, in den schematischen Darstellungen der 7a bis 7i weggelassen.
Das Werkzeugwechselmagazin 20 wird von seiner in 7a dargestellten Parkposition in seine in 7b gezeigte Wechselposition bewegt. Gemäß der Darstellung der 7b wurde die Werkzeugspindel 5 um ihre parallel zur Y-Achse verlaufenden Drehachse B aus ihrer in den 1 bis 4 dargestellten Arbeitsrichtung in ihre Werkzeugwechselstellung verschwenkt. Die in 7b gezeigte Konstellation entspricht einer Verschwenkung von ungefähr 20° in einer gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Drehrichtung. Wie aus der 7b leicht ersichtlich ist, erfolgt hierbei die Schwenkbewegung der Werkzeugspindel 5 entgegen der Schwenkrichtung des Werkzeugwechselmagazins 20 von seiner Parkposition in seine Wechselposition. Die Werkzeugspindel 5 läuft somit auf das sich in ihre Richtung bewegende Werkzeugwechselmagazin 20 zu. Eine derartige Maßnahme bewirkt, dass hierdurch der Schwenkweg des Werkzeugwechselmagazins 20 von seiner Parkposition in seine Wechselposition verkürzt und somit die Zeitspanne, welche das Werkzeugwechselmagazin 20 für diese Schwenkbewegung benötigt, verringert wird. Dies besitzt den Vorteil, dass hierdurch eine verringerte Werkzeugwechselzeit erzielt wird. Bevorzugt wird, dass die Schwenkbewegung der Werkzeugspindel 5 von ihrer Arbeitsposition in ihre Wechselposition gleichzeitig oder im wesentlichen gleichzeitig mit der Schwenkbewegung des Werkzeugwechselmagazins 20 von seiner Parkposition in seine Wechselposition durchgeführt wird.
Die beschriebene Ausgestaltung der Werkzeugwechselvorrichtung 10 und der damit erzielbare Werkzeugwechselvorgang bewirken somit eine verringerte Belastung der Hubeinrichtung 6 und somit eine höhere Standzeit der Werkzeugmaschine 1.
Das Werkzeugwechselmagazin 20 wird also durch eine entsprechende Verschwenkbewegung aus seiner Parkposition, in der es sich außerhalb des Arbeitsbereichs der Werkzeugmaschine 1 befindet, in den Arbeitsbereich derselben verschwenkt und in seiner Wechselposition vor der Werkzeugspindel 5 positioniert, während die Werkzeugspindel 5 ihre vorstehend beschriebene Schwenkbewegung um ihre B-Achse durchführt.
Der Magazinring 21 wird vorzugsweise gleichzeitig solange gedreht, bis der leere Werkzeughalter 22a, in den das in der Werkzeugspindel 5 befindliche Werkzeug W auszuwechseln ist, sich – wie in 7b dargestellt – vor der Werkzeugspindel 5 befindet.
Wie aus der 7c ersichtlich, wird dann der Magazinring 21 durch die Verschiebeeinrichtung 25 in Richtung der Werkzeugspindel 5 bewegt, wobei die Länge dieser Verschiebebewegung mindestens die Futterlänge des auszuwechselnden Werkzeugs W beträgt. Man erkennt aus der 7c, dass sich der den Magazinring 21 tragende Schlitten 26 der Verschiebeeinrichtung 25 in seiner in 7c linken Endstellung befindet, er wurde also durch die Verschiebeeinrichtung 25 entlang der Linearführungen 25a, 25b verschoben. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies durch eine entsprechende Hubbewegung des Pneumatikzylinders 16 bewirkt.
Wie aus der 7d entnehmbar, wird die Werkzeugspindel 5 in Y-Richtung abgesenkt. Dies erfolgt hier dadurch, dass der die Werkzeugspindel 5 tragende Schlitten 6' entlang der Linearführungen 6'' der Hubeinrichtung 6 der Werkzeugmaschine 1 nach unten verschoben wird. Diese Bewegung der Werkzeugspindel 5 bewirkt, dass das in ihr aufgenommene Werkzeug W in den freien Werkzeughalter 22a abgelegt wird.
Wie aus der 7e ersichtlich, wird dann der Magazinring 21 durch die Verschiebeeinrichtung 25 zumindest um die Futterlänge des auszuwechselnden Werkzeugs W zurückgefahren, indem der das Grundelement 23 des Magazinrings 21 tragende Schlitten 26 entlang der Linearführungen 25a, 25b durch eine entsprechende Betätigungsbewegung des Pneumatikzylinders 27 von seiner in den 7b und 7c gezeigten, linken Endposition in seine in 7e dargestellte, weiter rechts befindliche Position bewegt wird. Diese Bewegung des Magazinrings 21 bewirkt, dass der Schaft S des auszuwechselnden Werkzeugs W aus der Werkzeugspindel 5 ausgefuttert wird. Der Auswechselvorgang des Werkzeugs W ist somit beendet.
Um nun ein in einem anderen Werkzeughalter 22 aufgenommenes Folgewerkzeug W in die Werkzeugspindel 5 einzufuttern, wird der Magazinring 21 solange gedreht, bis das einzuwechselnde Werkzeug W sich vor der Werkzeugspindel 5 befindet.
Wie aus der 7f entnehmbar, wird der Magazinring 21 wieder durch die Verschiebeeinrichtung 25 der Werkzeugwechselvorrichtung 10 in Richtung der Werkzeugspindel 5 vorgeschoben, so dass der Schaft S des Werkzeugs W in die Werkzeugspindel 5 eingeführt und derart das Werkzeug W eingefuttert wird. Da sich die Werkzeugspindel 5 in der Zwischenzeit nicht bewegt hat, fluchtet der Schaft S des einzuwechselnden Werkzeugs W mit der Werkzeugspindel 5. Eine irgendwie geartete Fahrbewegung der Werkzeugspindel 5 ist somit zum Einfuttern des Folgewerkzeugs W nicht erforderlich. Dies erlaubt in vorteilhafter Art und Weise nicht nur kurze Werkzeugwechselzeiten.
Hierdurch wird auch eine nicht zwingend erforderliche Verschiebebewegung der Werkzeugspindel 5 vermieden: Um hohen Präzisionsanforderungen zu genügen, muss die Hubeinrichtung 6 für die Werkzeugspindel 5 äußerst präzise ausgebildet sein, um die Werkzeugspindel 5 und somit das in ihr aufgenommene Werkzeug W hinreichend genau in Bezug zu dem zu bearbeitenden Werkstück zu positionieren. Dies bedingt eine präzise Führung des Schlittens 6' in den Linearführungen 6'' der Hubeinrichtung 6. Es ist bekannt, dass derartige hochpräzise Führungen äußerst empfindlich sind und erfüllt daher das Bestreben, unnötige Verfahrbewegungen der Werkzeugspindel 5 und somit der des diese tragenden Schlittens 6' zu vermeiden.
Wie in 7g dargestellt, wird dann die Werkzeugspindel 5 in der Y-Richtung angehoben, wodurch das eingewechselte Werkzeug W aus dem Werkzeughalter 22b des Werkzeugwechselmagazins 20 entnommen wird.
Nach dem Zurückbewegen des Magazinrings 21 in seine in den Figuren rechte Endposition (siehe 7h) wird das Werkzeugwechselmagazin 20 in seine Parkposition (siehe 7i) zurückbewegt, der Werkzeugwechsel ist somit abgeschlossen.
Wie bereits vorstehend erwähnt, sind beim ersten Ausführungsbeispiel der beschriebenen Werkzeugwechselvorrichtung 10 Werkzeuge W derart im Magazinring 21 des Werkzeugwechselmagazins 20 der beschriebenen Werkzeugwechselvorrichtung 10 aufgenommen, dass ihre Schäfte S jeweils in radialer Richtung, also in Richtung der Radialen R, des Magazinrings 21 verlaufen. Dies ist aus der Draufsicht der 8 ersichtlich. Man erkennt, dass die Werkzeughalter 22 derart ausgerichtet sind, dass die Schäfte S der in diesen aufgenommenen Werkzeuge W jeweils in der vorgenannten radialen Richtung des Magazinrings 21 verlaufen. Hierzu sind die Werkzeughalter 22 vorzugsweise jeweils orthogonal zu dieser radialen Richtung angeordnet. Man erkennt aus der 8 ebenfalls, dass in der Wechselposition dadurch der Schaft des ein- oder auszuwechselnden Werkzeugs, hier der Schaft S des einzuwechselnden Werkzeugs W, in der Verschieberichtung der Verschiebeeinrichtung 25 liegt, so dass durch eine entsprechende Verschiebebewegung dieser den Magazinring 21 des Werkzeugwechselmagazins 20 des ersten Ausführungsbeispiels der in der Werkzeugwechselvorrichtung 10 enthaltenen Verschiebeeinrichtung 25 durch eine und somit in Schaftrichtung verlaufende Verschiebebewegung der Verschiebeeinrichtung 25 und somit des Magazinrings 21 in die Werkzeugspindel 5 eingebracht bzw. aus dieser entnommen werden kann. Eine derartige Anordnung der Werkzeughalter 22 besitzt den Vorteil, dass eine relativ einfache Kinematik der Werkzeugwechselvorrichtung 10 beim Ein- oder Ausfuttern des ein- oder auszuwechselnden Werkzeugs W gegeben ist.
In 9 ist nun eine der Darstellung der 8 entsprechende Draufsicht auf eine Werkzeugwechselvorrichtung 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das erste und das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich – wie nachstehend erläutert – nur in der Anordnung der Werkzeughalter 22, so dass eine erneute Beschreibung des sonstigen Aufbaus der Werkzeugwechselvorrichtung 10, dessen Werkzeugwechselmagazin 20 einer die Werkzeugwechselvorrichtung 10 verwendenden Werkzeugmaschine 1 nicht erforderlich ist. Wie vorstehend anhand der 8 erläutert, ist beim ersten Ausführungsbeispiel der Werkzeugwechselvorrichtung 10 vorgesehen, dass die Werkzeughalter 22 derart angeordnet sind, dass die Schäfte S der Werkzeuge W in radialer Richtung des Magazinrings 21 verlaufen, so dass die Schaftrichtung des jeweils in die Werkzeugspindel 6 ein- bzw. auszuwechselnden Werkzeugs W mit der Bewegungsrichtung der den Magazinring 21 bewegenden Verschiebeeinrichtung 25 zusammenfällt.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist nun vorgesehen, dass – wie aus der 9 ersichtlich – die Werkzeughalter 22 nun nicht mehr wie vorstehend beschrieben im Werkzeugwechselmagazin 20 angeordnet sind. Vielmehr ist vorgesehen, dass die Werkzeughalter 22 derart im Magazinring 21 des Werkzeugwechselmagazins 20 des zweiten Ausführungsbeispiels angeordnet sind, dass in der Werkzeugwechselposition der Schaft S des jeweils ein- bzw. auszuwechselnden Werkzeugs W parallel versetzt zur Verschieberichtung der Verschiebeeinrichtung 25 verläuft. Die entsprechenden Werkzeughalter 22 sind dann wiederum vorzugsweise orthogonal zu dieser Schaftrichtung angeordnet. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass durch diese Schräganordnung der Werkzeughalter 22 der Raum, der zur Aufnahme eines ein- oder auszuwechselnden Werkzeugs zur Verfügung steht, vergrößert wird. Es ist somit durch diese Maßnahme in vorteilhafter Art und Weise möglich, entweder größere Werkzeuge W im Magazinring 21 aufzunehmen, oder den Magazinring 21 entsprechend zu verkleinern, was zu einer kompakteren Bauweise der beschriebenen Werkzeugwechselvorrichtung 10 führt.
Bei der vorstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass alle Werkzeughalter 22 des Werkzeugwechselmagazins 20 entweder – wie beim ersten Ausführungsbeispiel – radial verlaufend, d. h. eine Aufnahme der Werkzeuge W mit radial verlaufendem Schaft S, oder – wie beim zweiten Ausführungsbeispiel – zur Verschieberichtung der Verschiebeeinrichtung 25 versetzt angeordnet sind. Es ist natürlich nicht zwingend erforderlich, dass alle Werkzeughalter 22 des Werkzeugwechselmagazins 20 stets die gleiche Orientierung aufweisen.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die beschriebenen Maßnahmen eine Werkzeugwechselvorrichtung 10 ausgebildet wird, welche sich durch ihren einfachen Aufbau auszeichnet. Von besonderem Vorteil ist, dass das Ausfuttern des auszuwechselnden Werkzeugs W und das Einfuttern des Folgewerkzeugs W' im wesentlichen durch eine Bewegung des Werkzeugwechselmagazins 20 erfolgt. Die Werkzeugspindel 5 wird zwischen dem Ausfuttern des Werkzeugs W und dem Einfuttern des Folgewerkzeugs W nicht bewegt, was nicht nur zu kurzen Werkzeugwechselzeiten führt. Vielmehr werden hierdurch auch Verfahrbewegungen der Werkzeugspindel 5 vermieden, was zu einer geringen Abnutzung der die Werkzeugspindel 5 tragenden Linearführungen 6a, 6b führt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013010701 A1 [0002]
DE 102008059089 A1 [0005]
DE 102006037435 A1 [0006]
DE 102006037437 A1 [0007]
EP 1886762 A [0008]

Claims

Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die ein Werkzeugwechselmagazin (20) mit einem Magazinring (21) aufweist, entlang dessen Umfang eine Anzahl von Werkzeughaltern (22, 22a) zur Aufnahme von in eine Werkzeugspindel (5) der Werkzeugmaschine (1) aufnehmbaren Werkzeugen (W, W') mit in Bezug auf den Magazinring (21) ausgerichteten Schäften (S) aufnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugwechselvorrichtung (10) eine Verstelleinrichtung (11) aufweist, durch welche sie von einer Parkposition in eine Wechselposition bewegbar ist, dass die Werkzeugwechselvorrichtung (10) eine Verstelleinrichtung (25) aufweist, durch welche das Werkzeugwechselmagazin (20) zumindest um eine Futterlänge des ein- oder auszuwechselnden Werkzeugs (W) relativ zu der das jeweilige Werkzeug (W, W') aufnehmenden Werkzeugspindel (5) der Werkzeugmaschine (1) bewegbar ist, dass mindestens ein Werkzeug (W) im Magazinring (21) des Werkzeugwechselmagazins (20) mit einem nach außen weisenden Schaft (S) in dem oder einen der Werkzeughalter (22, 22a) aufnehmbar ist, so dass durch die Verstelleinrichtung (25) der Schaft (S) des aus- bzw. einzuwechselnden Werkzeugs (W) in die Werkzeugspindel (5) aus- bzw. einfutterbar ist.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Werkzeughalter (22, 22a) des Werkzeugwechselmagazins (20) der Werkzeugwechselvorrichtung (10) derart angeordnet ist, dass in der Wechselposition die Ausrichtung des Schafts (S) des in ihm aufgenommenen Werkzeugs (W) mit der Bewegungsrichtung der Verschiebeeinrichtung (25) zusammenfällt.
Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Werkzeughalter (22, 22a) des Werkzeugwechselmagazins (20) der Werkzeugwechselvorrichtung (10) derart im Werkzeugwechselmagazin (20) aufgenommen ist, dass zumindest in der Wechselposition der Schaft (S) des in ihm aufgenommenen Werkzeugs (W) parallel und beabstandet in der Bewegungsrichtung der Verschiebeeinrichtung (25) verläuft.
Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (11) der Werkzeugwechselvorrichtung (10) einen Ausleger (13) aufweist, welcher das Werkzeugwechselmagazin (20) trägt, und dass der drehbare Ausleger (13) von einer Betätigungseinheit (14) beaufschlagt ist, durch welche der Ausleger (13) von der Parkposition des Werkzeugwechselmagazins (20) in dessen Wechselposition bewegbar ist, wobei vorzugsweise die Betätigungseinrichtung (14) einen am Ausleger (13) angreifenden Pneumatikzylinder (16), dessen Kolbenstange (15) den Ausleger (13) beaufschlagt, besitzt.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (13) längenveränderbar ausgebildet und vorzugsweise einen auf einer Schlittenführung (13b) verschieblichen Schlitten (13a) aufweist.
Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von einer Antriebseinrichtung (24) antreibbare Magazinring (21) ein Grundelement (23) aufweist, welcher von der Verschiebeeinrichtung (25) verschiebbar ist.
Werkzeugmaschine, die eine Werkzeugspindel (5) sowie eine Werkzeugwechselvorrichtung (10) zum Ein- und/oder Auswechseln eines Werkzeugs (W, W') aus oder in ein Werkzeugwechselmagazin (20) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugwechselvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugwechselmagazin (20) von der Verstelleinrichtung (11) zwischen einer Parkposition, in der das Werkzeugwechselmagazin (20) außerhalb des Arbeitsbereichs der Werkzeugmaschine (1) angeordnet ist, und eine Wechselposition, in der das Werkzeugwechselmagazin (20) vor der Arbeitsspindel (5) im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine (1) angeordnet ist, bewegbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsspindel (5) der Werkzeugmaschine (1) zumindest entgegen einer Bewegungsrichtung des Werkzeugwechselmagazins (20), welche von dessen Parkposition in seine Wechselposition verläuft, verschwenkbar ist.