DE29814949U1 - Werkzeugmagazin - Google Patents

Description

Dipl.-lng. J. Pfenning (-1994) Dipl.-Phys. K. H. Meinig (-1995) Dr.-lng. A. Butenschön, München Dipl.-lng. J. Bergmann* Berlin Dipl.-Phys. H. Nöth, München Dipl.-Chem. Dr. H. Reitzle, München Dipl.-lng. U.Grambow, Dresden Dipl.-Phys. HJ. Kraus, München

'auch Rechtsanwall

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Dresden,

18. Aug. 1998

GB/WD

ALZMETALL

Werkzeugmaschinenfabrik und

Gießerei Friedrich GmbH & Co.

Steiner Straße 2-8

83352 Altenmarkt /AIz

"Werkzeugmagazin"

V:

WZM

Werkzeugmagazin

Die Erfindung betrifft ein Werkzeugmagazin, das eine Vielzahl verschiedener Werkzeuge, die für die Bearbeitung insbesondere von metallischen Werkstücken an einer Bearbeitungsmaschine verwendet werden sollen, aufnehmen kann. Für die zerspanende Bearbeitung von den verschiedensten komplex ausgebildeten Werkstücken werden seit einigen Jahren BearbeitungsZentren verwendet, die in der Lage sind, verschiedenste Zerspanungsverfahren, wie Bohren, Fräsen und Gewindeschneiden, an einem Werkstück durchzuführen. Zur Senkung der Fertigungskosten werden von den Anwendern solcher Bearbeitungszentren bzw. Bearbeitungsmaschinen nicht nur hohe Schnittgeschwindigkeiten, sondern auch sehr kurze Zeiten für den Werkzeugwechsel zwischen den einzelnen Bearbeitungsschritten gefordert.

Hierfür werden die verschiedenen Werkzeuge in einem Werkzeugmagazin aufgenommen, das so ausgebildet sein muß, daß die einzelnen Werkzeuge von einem Manipulator entnommen und mit diesem in die Spindel der Bearbeitungsmaschine bzw. des Bearbeitungszentrums eingesetzt werden können. Selbstverständlich muß auch der umgekehrte Weg, nämlich die Entnahme des Werkzeuges aus der Spindel und der Transport in eine Werkzeugnahme eines solchen Werkzeugmagazines möglich sein.

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Bei Bearbeitungszentren und anderen Bearbeitungsmaschinen sind zwischenzeitlich die Werkzeugaufnahmen für die Antriebe der Werkzeuge genormt worden und es wurden zwei verschiedene Schaftformen für die Hersteller, zumindest im europäischen Raum vorgegeben. Dabei handelt es sich einmal um die Steilkegel- und zum anderen um die Hohlkegelform, so daß zwangsläufig die Werkzeuge mit entsprechenden Steilkegel- oder Hohlkegeladaptern ausgestattet sein müssen.

Da diese beiden Formen doch sehr unterschiedlich voneinander sind, ergeben sich Probleme bei der Ausbildung der Werkzeugaufnahmen eines Werkzeugmagazines, da die verschiedenen Werkzeuge in den Werkzeugaufnahmen entsprechend genau positioniert sein müssen, so daß der Manipulator ohne weiteres in der Lage ist, das jeweilige Werkzeug für die Entnahme genau zu erfassen und im Gegenzug wieder genau wieder einpassen zu können, so daß es für einen nachfolgenden Bearbeitungsschritt wieder exakt positioniert ist.

Da eine Universalwerkzeugaufnahme für die verschiedenen Adapterformen hierfür ungeeignet ist, sind kundenwunschspezifisch mit entsprechenden Werkzeugaufnahmen ausgestattete Werkzeugmagazine bisher üblich. Dies schränkt jedoch die Flexibilität für die Herstellung und Nutzung solcher Werkzeugmagazine sehr stark ein und wirkt sich insbesondere dadurch nachteilig aus, daß solche Werkzeugmagazine üblicherweise auf Lager produziert werden, so daß gesichert sein muß, daß entsprechend den Aufträgen der verschiedensten Kunden, die verschiedenen Spindelformen berücksichtigend, entsprechende Werkzeugmagazine vorgehalten werden müssen, was selbstverständlich die Kosten erhöht.

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Werkzeugmagazine zur Verfügung zu stellen, die für die Verwendung der beiden verschiedenen Werkzeugadapterformen geeignet sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmale.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung besteht die Möglichkeit, die verschiedensten Werkzeuge in bezug zu einem Manipulator exakt zu positionieren, so daß der Manipulator relativ einfach ausgebildet sein kann, und lediglich zwei Freiheitsgrade für die Entnahme, Bestückung und das Wiedereinsetzen der Werkzeuge in die Werkzeugaufnahme des Werkzeugmagazins und auf die Spindel realisiert werden müssen. Dementsprechend muß der Manipulator lediglich in der Lage sein, die Werkzeuge in der jeweiligen Position zu erfassen und durch beispielsweise Drehung um einen Winkel von 180° den Werkzeugaustausch zu vollziehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugmagazin werden Werkzeugaufnahmen verwendet, die an die jeweilige Adapterform der Werkzeuge als Steilkegel oder Hohlkegel angepaßt sind und demzufolge die Werkzeuge im erfindungsgemäßen Werkzeugmagazin immer exakt positioniert aufgenommen und für eine erneute Entnahme bei Bedarf bereitgehalten werden können. Dabei kann ein einheitliches Grundmagazin verwendet werden, das an die beiden Schaft-Alternativen einfach und schnell angepaßt werden kann.

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Die das jeweilige Werkzeug enthaltende Werkzeugaufnahme kann mittels eines kettenförmigen Gebildes und einem entsprechenden Antrieb in bezug zu dem Manipulator
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positioniert werden, so daß der Manipulator mit seinen Greifelementen in die am Werkzeugadapter ausgebildete Nut einfahren und das Werkzeug fixieren, im Anschluß daran entnehmen, zur Spindel transportieren und dieses dort einsetzen kann.

Das erfindungsgemäße Werkzeugmagazin zeichnet sich weiter dadurch aus, daß es mit verschiedenen, den jeweiligen Werkzeugadapterformen angepaßten Werkzeugaufnahmen bestückt werden kann, wobei auch ein nachträglicher Austausch mit anders ausgebildeten Werkzeugaufnahmen möglich ist.

Hierfür sind am Werkzeugmagazin einheitliche Plattformen vorhanden, auf die die verschiedenen Werkzeugaufnahmen aufgesetzt und befestigt werden können. Die Befestigung der Werkzeugaufnahmen auf den Plattformen kann, z.B. durch herkömmliche Schraubverbindungen realisiert werden. Die Plattformen können Bestandteil von gelenkig miteinander verbundenen Wagen sein, die ein kettenförmiges Gebilde darstellen, das mit einem herkömmlichen Kettenantrieb im Kreis geführt werden kann. Zwischen den Wagen können zusätzlich Kettenelemente vorhanden sein, die wiederum mit den Wagen gelenkig verbunden sind.

Ein erfindungsgemäßes Werkzeugmagazin kann entweder für Werkzeuge mit Steilkegel- oder Hohlkegeladapter ausgelegt sein. Für Bearbeitungsmaschinen bzw. Bearbeitungszentren mit mehreren Spindeln und mehreren

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Manipulatoren ist aber auch eine kombinierte Anordnung der verschieden ausgebildeten Werkzeugaufnahmen denkbar.

Vorteilhaft ist es, wenn die Werkzeuge in den Werkzeugaufnahmen gehalten werden. Hierfür kommen günstigerweise Kugelkäfige in Frage. Die ohne zusätzliche Federkräfte das jeweilige Werkzeug formschlüssig halten und es mit geringer Kraft entnommen werden kann.

Am erfindungsgemäßen Werkzeugmagazin kann außerdem ein translatorischer Antrieb vorhanden sein, der die jeweilige Werkzeugaufnahme, die in bezug zum Manipulator positioniert ist, orthogonal zur Bewegungsrichtung des kettenförmigen Gebildes bewegen kann, so daß das vom Manipulator bereits ergriffene Werkstück von diesem gehalten und die jeweilige Werkzeugaufnahme so bewegt wird, daß der Adapter des Werkzeuges aus der Werkzeugaufnahme freigegeben ist.

Diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Werkzeugmagazins wirkt sich besonders günstig bei Werkzeugen mit Steilkegeladapter aus, da die entsprechende Werkzeugaufnahme mit ihrem äußeren Mantel an die Steilkegelform angepaßt sein muß und für einen relativ sicheren Halt die Werkzeugaufnahme den Adapter des Werkzeuges mit einem Winkel von über 180° umschließt, und durch die so entstandene freie Öffnung das Werkzeug nicht ohne weiteres aus der Werkzeugaufnahme herausgezogen bzw. herausgeschwenkt werden kann. Wird aber die Werkzeugaufnahme translatorisch, wie dies bereits oben genannt worden ist, bewegt, so kann der Adapter des Werkzeuges aus dem oberen Bereich des freien Schlitzes der Werkzeugaufnahme ohne weiteres herausgezogen bzw. herausgeschwenkt werden. Mit der trans-

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latorischen Bewegung der Werkzeugaufnahme wird gleichzeitig die formschlüssige Verbindung von Kugeln und Adapter gelöst.

Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Dabei zeigen:

Figur 1 einen Teil eines erfindungsgemäßen Werkzeugmagazins mit Werkzeugaufnahmen für Werkzeuge mit Hohlkegeladapter und

Figur 2 einen Ausschnitt aus einem Werkzeugmagazin für Werkzeuge mit Steilkegeladapter.

Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Werkzeugmagazines sind gleiche Bauteile bzw. Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Das kettenförmige Gebilde wird hier aus gelenkig mit miteinander verbundenen Wagen 8 gebildet. Die Wagen 8 haben Elemente 3, die eine einheitliche Plattform bilden, auf der die Werkzeugaufnahmen 1, bei diesem Beispiel für Werkzeuge mit Hohlkegeladapter, aufgesetzt und befestigt sind.

An der Werkzeugaufnahme 1 ist zusätzlich ein Kugelkäfig 4 vorhanden, dessen Kugeln an der inneren Mantelfläche des Hohlkegels des Hohlkegeladpaters anliegen und das Werkzeug zusätzlich in der Werkzeugaufnahme 1 bis zur Entnahme halten.

Außerdem ist in beiden Figuren 1 und 2 ein relativ

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einfach ausgebildeter Manipulator 6 dargestellt, der um die Achse A mit jeweils zwei Schwenkarmen, an deren jeweils äußeren Enden Greifelemente vorhanden sind, um 180° verschwenkt werden kann. 5

Die Greifelemente der Schwenkarme des Manipulators 6 können so bewegt werden, daß sie in Nuten, die am Adapter des Werkzeuges ausgebildet sind, eingeführt werden können. Nach dem Einführen werden die Greifelemente gegen den Adapter gepreßt.

Im Anschluß daran wird der translatorische Antrieb 7 aktiviert und das Element 3 mit Werkzeugaufnahme 1 oder 2 und Kugelkäfig 4 in dieser Darstellung nach unten bewegt, so daß der hohlkegelförmige Adapter freigegeben wird und mit dem Manipulator 6 das Werkzeug zur Spindel bewegt und in diese eingesetzt werden kann.

Da der Manipulator 6 an seinem anderen Schwenkarm das vorher mit der Spindel verbundene Werkzeug ergriffen und entsprechend bewegt hat, kann dieses Werkzeug nunmehr in die jetzt freie Werkzeugaufnahme 1 oder eine andere freie Werkzeugaufnahme, die zwischenzeitlieh mittels Antrieb und entsprechender Bewegung des kettenförmigen Gebildes positioniert worden ist, eingesetzt werden, wobei wieder der translatorische Antrieb 7, in diesem Fall in die entgegengesetzte Richtung, also nach oben bewegt und die Kugeln des Kugelkäfigs 4. wieder mit dem Hohlkegel in Eingriff gebracht werden.

Das in der Figur 2 gezeigte Beispiel unterscheidet sich lediglich durch die Ausbildung der Werkzeugaufnähme 2, in diesem Fall für Werkzeuge mit steilkegel-

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förmigem Adapter und eine andere Form eines Kugelkäfigs (4), da in diesem Fall die Kugeln radial von außen am Werkzeugadapter wirken.

Der translatorische Antrieb 7 kann ein Pneumatikzylinder sein, der an der oberen Seite seines Kolbens T-nutförmig ausgebildet ist. In die T-Nut kann ein entsprechend ausgebildetes Teil der Werkzeugaufnahmen 1 oder 2 eingeführt werden, wenn das Werkzeug positioniert ist. Der Kolben kann dann pneumatisch nach unten bewegt und das Element 3 mit Werkzeugaufnahme 1, 2 axial verschoben werden. Dabei ist das Werkzeug im Greifer des Manipulators 6 gehalten und wird erst bewegt, wenn es von der Werkzeugaufnahme 1, 2 freigegeben ist.

Das Element 3 ist mit Federkraft in entgegengesetzt zur Zugrichtung des Pneumatikzylinders gegen den Wagen 8 vorgespannt.
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Die das kettenförmige Gebilde bildenden Wagen 8 werden mit einem Träger- und Führungselement 5 geführt, gehalten und können im Kreis um dieses bewegt werden.

Im übrigen wird mit dem Werkzeugmagazin, wie es in Figur 2 dargestellt ist, prinzipiell genauso verfahren und gearbeitet, wie dies bereits bei der Beschreibung des Beispieles gemäß Figur 1 der Fall ist.

Claims (5)

Schut &zgr; ansprüche 5

1. Werkzeugmagazin für die Aufnahme von Werkzeugen in Werkzeugaufnahmen, die an einem kettenförmigen Gebilde, das mit einem Antrieb, die einzelnen Werkzeuge in bezug zu mindestens einem Manipulator, der die Werkzeuge entnimmt und die

Werkzeugspindel einer Bearbeitungsmaschine bestückt sowie die Werkzeuge von der Spindel wieder in eine Werkzeugaufnahme transportiert, positioniert,

dadurch gekennzeichnet,

daß die für die Aufnahme von Werkzeugen mit Hohlkegel- und/oder Steilkegeladapter ausgebildeten Werkzeugaufnahmen (1, 2) auf einzelnen Elementen (3) des kettenförmigen Gebildes, austauschbar befestigt sind.

2. Werkzeugmagazin nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (3) des kettenförmigen Gebildes auf gelenkig miteinander verbundenen Wagen (8), in Werkzeug-Achsrichtung

verschiebbar, befestigt sind.

3. Werkzeugmagazin nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem kettenförmigen Gebilde gleichzeitig Werkzeugaufnahmen (1,

2) für Werkzeuge mit Steilkegel- und Hohlkegeladapter befestigbar sind.

4. Werkzeugmagazin nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge in

den Werkzeugaufnahmen (1, 2) mittels Kugelkäfigen (4) gehalten sind.

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5. Werkzeugmagazin nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (3) mit den Werkzeugaufnahmen (1, 2) in zum Manipulator (6) positionierter Stellung, mit einem translatorischen Antrieb (7) orthogonal zur Bewegungsrichtung des kettenförmigen Gebildes, bewegbar sind und das jeweilige Werkzeug in dieser Stellung mit seinem Adapter in bezug zu den Kugeln des Kugelkäfigs außer Eingriff und aus der Werkzeugaufnahme (1, 2) mit dem Manipulator

(6) entnommen werden kann.