DE3501113C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung, mit einem eine Antriebswelle für Werkzeuge enthaltenden Werkzeugkopf, der einen gleichzeitig mit mehreren, jeweils eine Werkzeugspindel zur Koppelung des aufgenommenen Werkzeuges enthaltende Werkzeugkassetten bestückbaren Werkzeugwechsler aufweist, mit dem die auswechselbar an ihm angeordneten, Werkzeuge enthaltenden Werkzeugkassetten zwischen einer Arbeitsstellung, in der das an der entsprechenden Werkzeugkassette angeordnete Werkzeug mit der Antriebswelle verbunden ist und einer Magazinstellung sowie umgekehrt verbringbar sind, und mit einem Kassettenmagazin, in dem sich mehrere entnehmbare Werkzeugkassetten für jeweils mindestens ein Werkzeug befinden, die zwischen Speicherstellungen und einer gemeinsamen Wechselstellung verfahrbar sind.

Eine entsprechende Werkzeugmaschine ist in der DE-OS 30 01 311 beschrieben. Ihr Werkzeugwechsler ist nach Art eines Revolverdrehteiles ausgebildet und intermittierend drehbar, um an ihm angeordnete, auch als Werkzeugkassetten bezeichnete Werkzeugträger zwischen der Arbeitsstellung und einer Magazinstellung zu verfahren. Die Werkzeugkassetten sind mit Werkzeugen bestückt, die in der Arbeitsstellung an eine Antriebseinrichtung koppelbar sind. Neben dem Werkzeugwechsler befindet sich ein Kassettenmagazin, das eine Vielzahl von ebenfalls mit Werkzeugen bestückten Werkzeugkassetten enthält. Um die am Werkzeugwechsler zur Verfügung stehenden Werkzeuge zu variieren, können einzelne Werkzeugkassetten mit einer zusätzlichen Übergabevorrichtung zwischen der Magazinstellung und der Wechselstellung ausgetauscht werden.

Die hier als Werkzeugkassetten bezeichneten Werkzeugträger ermöglichen zwar eine ausgezeichnete Lagerung und Halterung der aufgenommenen Werkzeuge. Auch kann der An- bzw. Abkuppelvorgang in bezug auf die Antriebsvorrichtung in der Arbeitsstellung sehr rasch erfolgen, weil die Werkzeuge selbst nicht zwischen Spannfuttern umgesetzt werden müssen. Neben dem insgesamt recht aufwendigen Aufbau der Werkzeugkassetten, sind allerdings deren ziemlich hohes Gewicht und relativ großen Abmessungen von Nachteil. Einerseits wird die maximal mögliche Drehgeschwindigkeit des Werkzeugwechslers und des Kassettenmagazins beschränkt. Andererseits ist der mögliche Speicherinhalt der Kassettenmagazins begrenzt, weil eine Vergrößerung der Anzahl gespeicherter Werkzeugkassetten zu einer nicht mehr vertretbaren Ausdehnung de Magazinvolumens führen würde. Es ergäben sich überdies größere Entfernungen zwischen den einzelnen Speicherstellungen und der Wechselstellung, was zu Lasten der Kassettenaustauschgeschwindigkeit ginge. Diese ist auch im übrigen nicht sehr hoch, weil ein zeitaufwendiger Kassetten-Übergabeprozeß zwischen das Magazin und den Werkzeugwechsler geschaltet ist. Die zu dessen Durchführung notwendige zusätzliche Übergabevorrichtung erhöht außerdem den baulichen Aufwand der Werkzeugmaschine. Bei alledem läßt sich ein manueller Austausch der Werkzeugkassetten nicht vermeiden, wenn für einen Bearbeitungsvorgang Werkzeuge erforderlich werden, die wegen der geringen Kapazität weder am Werkzeugwechsler noch im Magazin vorhanden sind. Dies geht ebenfalls insbesondere zu Lasten der Arbeitsgeschwindigkeit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine gemäß der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ohne merkliche Vergrößerung des Platzbedarfs eine erhöhte Speicherkapazität hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Werkzeuge bei gleichzeitiger Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit erhalten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß am Werkzeugwechsler zwei einander bezüglich einer Drehachse gegenüberliegende Werkzeugkassetten gleichzeitig anordenbar sind, daß die von einer jeweiligen, zwischen dem Kassettenmagazin und dem Werkzeugwechsler verbringbaren Werkzeugkassette in der Wechselstellung und in der Magazinstellung eingenommene Position identisch ist, wobei die in die Wechselstellung verfahrene Werkzeugkassette automatisch momentan an den Werkzeugwechsler gekoppelt ist, daß im Bereich des Kassettenmagazins ein zusätzliches Werkzeugmagazin mit spindellosen, im Werkzeugmagazin verbleibenden, zwischen Wartestellungen und einer gemeinsamen Umsetzstellung verfahrbaren Werkzeughalterungen angeordnet ist, wobei die jeweilige in der Umsetzstellung befindliche Werkzeughalterung der jeweils in der Wechselstellung befindlichen Werkzeugkassette gegenüberliegt und die Umsetzstellung gegenüber der Magazinstellung eine dauerhaft unveränderliche Position einnimmt, und daß ein beiden Magazinen gemeinsamer Werkzeugumsetzer zum Umsetzen von halterungslosen Werkzeugen zwischen einer in der Umsetzstellung befindlichen Werkzeughalterung und einer in der Wechselstellung befindlichen Werkzeugkassette vorgesehen ist.

Durch die Installation des zusätzlichen Werkzeugmagazins ergibt sich eine beträchtliche Erhöhung der Speicherkapazität ohne nennenswerte Vergrößerung der baulichen Abmessungen. Da die Werkzeughalterungen des Werkzeugmagazins keine Spindeln oder dergleichen Antriebselemente benötigen wie die Werkzeugkassetten, ist ihr Aufbau einfach und kompakt. Deshalb kann im Werkzeugmagazin auf engstem Raume eine große Anzahl von Werkzeugen gespeichert werden, die bei Bedarf in Werkzeugkassetten des Kassettenmagazins umsetzbar sind. Der Umsetzvorgang ist unproblematisch, weil die Lage der Magazinstellung mit Bezug zur Umsetzstellung dauernd konstant ist, so daß auch während eines Bearbeitungsvorganges ein Austausch möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Größe des Kassettenmagazins nun sogar etwas reduziert werden kann, um seine Arbeitsgeschwindigkeit steigern zu können. Denn auch bei geringerer Kassettenanzahl im Kassettenmagazin läßt sich aufgrund der im Werkzeugmagazin angeordneten Werkzeuge eine hohe Verfügbarkeitsrate erzielen.

Aufgrund der von der jeweiligen Werkzeugkassette eingenommenen identischen Position in der Wechselstellung und in der Magazinstellung erübrigt sich eine zusätzliche Übergabevorrichtung. Neben dem geringeren baulichen Aufwand hat dies eine erhebliche Beschleunigung des Übergabeprozesses zur Folge. Beim Verfahren des Kassettenmagazins werden die hierbei bewegten Werkzeugkassetten jeweils automatisch während ihrer Verweildauer in der Magazinstellung an den Werkzeugwechsler gekoppelt.

Der rasche Arbeitsablauf erlaubt es, mit einem Werkzeugwechsler zu arbeiten, an den gleichzeitig maximal zwei Werkzeugkassetten koppelbar sind. Dies reduziert die zu bewegende Masse, was höhere Beschleunigungswerte zuläßt und der Wechselgeschwindigkeit förderlich ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sogar während eines Bearbeitungsvorganges beliebig viele der im Kassettenmagazin angeordneten Werkzeugkassetten umbestückt werden können.

Zwar beschreibt die DE-OS 31 03 466 ein Bearbeitungszentrum mit einem ebenfalls als Werkzeugwechsler fungierenden Revolverkopf und mit einem daneben angeordneten Werkzeugmagazin mit spindellosen Werkzeughalterungen. Zusätzlich ist ein Werkzeugumsetzer vorhanden, der Werkzeuge zwischen dem Werkzeugmagazin und dem Revolverkopf austauschen kann. Allerdings sind die am Revolverkopf vorhandenen Werkzeugkassetten fest und unlösbar angeordnet. Somit ist ein Austausch von Werkzeugkassetten nicht möglich. Auch läßt sich während eines Bearbeitungsvorganges immer nur eine Werkzeugkassette mit Werkzeugen aus dem Werkzeugmagazin bestücken. Vor allem wenn der Revolverkopf mit hoher Taktrate arbeitet, können sich deshalb auch Übergabeengpässe ergeben, weil der Werkzeugumsetzer infolge des langen Umsetzweges dieser Arbeitsgeschwindigkeit normalerweise nicht folgen kann.

In der Zeitschrift "Werkstatt und Betrieb", 117 (1984), Seite 404 wird ein ebenfalls über einen Revolverkopf verfügendes Bearbeitungszentrum beschrieben. Es enthält außerdem zwei einfache Werkzeugmagazine, die über einen Werkzeugwechsler miteinander gekoppelt sind. Schwere Werkzeugträger bzw. Werkzeugkassetten werden aber ausdrücklich nicht ausgetauscht. Insofern ergeben sich auch hier keine Anhaltspunkte im Hinblick auf ein zur Bestückung eines Kassettenmagazines verwendbares Werkzeugmagazin.

Die DE-OS 24 35 947 zeigt eine Werkzeugmaschine mit Revolverkopf für Mehrspindeleinheiten und mit einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung. Ihre Arbeitsweise entspricht im wesentlichen derjenigen des in der DE-OS 31 03 466 beschriebenen Bearbeitungszentrums.

Bei der Werkzeugmaschine gemäß DE-OS 25 25 754 sind alle Werkzeuge in Werkzeugkassetten untergebracht, die in einem Kassettenmagazin angeordnet sind. Auch hier geht eine Vergrößerung der Speicherkapazität zu Lasten der Arbeitsgeschwindigkeit und führt zu einer beträchtlichen Erhöhung der Baubreite der Maschine. Weil für jedes Werkzeug eine eigene Werkzeugkassette erforderlich ist, sind die Gestehungskosten überdies sehr hoch.

Bei der in der DE-OS 27 35 260 beschriebenen Werkzeugmaschine ist nur ein einziger mit einer Werkzeugkassette vergleichbarer Werkzeugträger vorhanden, der zudem nicht auswechselbar ist. Trotz des zusätzlich vorhandenen einfachen Werkzeugmagazines ergibt sich deshalb eine relativ hohe Umrüstdauer.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 gestattet ein schnelles Positionieren der Werkzeuge. Wegen des Ausgleiches der Gewichtskräfte ist hierzu nur eine geringe Verstellkraft erforderlich.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 ermöglicht eine günstige Anbringung des Werkzeugumsetzers bei gleichzeitiger Verringerung der von ihm beim Umsetzen zurückzulegenden Wegstrecke.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 4 bis 6 zeichnen sich durch eine besonders kompakte Bauweise aus.

Trotz sicherem Halt im gespeicherten Zustand, lassen sich die Werkzeuge bei der Weiterbildung nach Anspruch 7 leicht austauschen.

Eine sichere Übergabe einzelner Werkzeuge zwischen dem Werkzeugmagazin und der in der Magazinstellung befindlichen Werkzeugkassette ergibt sich bei den Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 8 bis 12. Vor allem letztere fördert die Integrationsmöglichkeiten der Greifeinrichtung in einen programmgesteuerten Bearbeitungsablauf der Werkzeugmaschine.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine,

Fig. 2 eine Rückansicht der Werkzeugmaschine aus Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 gemäß der dort gestrichelt dargestellten Partie III und

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Werkzeug- Übergabevorrichtung gemäß der umrandeten Partie IV aus Fig. 1.

Zunächst bezugnehmend auf Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine dargestellt. Sie enthält ein Maschinenbett bzw. einen Werkstücktisch 1, der einen Werkstückschlitten 2 trägt, auf dem ein gestrichelt dargestelltes Werkstück 3 gehaltert werden kann. Der Werkstückschlitten 2 ist gemäß Pfeil 4 in einer Koordinatenrichtung bewegbar, im dargestellten Ausführungsbeispiel in einer horizontal verlaufenden Ebene. An der Rückseite des Maschinenbettes 1 ist ein Querschlitten 6 angeordnet, der über eine Führungseinrichtung 7 im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des Werkstückschlittens 2 und ebenfalls horizontal verschiebbar ist. Die Bewegungsrichtung dieses Querschlittens 6 definiert eine zweite Koordinatenachse, die durch Pfeil 5 angedeutet ist. Des weiteren enthält die Werkzeugmaschine einen über eine Führung 10 mit dem Querschlitten 6 verbundenen Werkzeugkopf 9, der längs der axialen Achse 11 der Führung 10 und im rechten Winkel sowohl zur ersten 4, als auch zur zweiten 5 Koordinatenachse bewegbar ist. Diese Bewegungsrichtung, die gleichzeitig die dritte Koordinatenachse der Werkzeugmaschine darstellt, ist durch den Pfeil 8 ausgewiesen. Die Werkzeugmaschine ist also eine sogenannte Drei-Koordinaten-Maschine, bei der das Werkstück 3 und ein am Werkzeugkopf 9 gehaltertes Bearbeitungswerkzeug 12 relativ zueinander in allen drei Koordinatenachsen verfahrbar sind.

Der Werkzeugkopf 9 ist über einen Träger 13 zusätzlich noch am Querschlitten 6 geführt. Dieser Träger weist an seiner vom Maschinenbett 1 wegweisenden Seite ein Werkzeugmagazin 14 auf (siehe auch Fig. 2), das eine Mehrzahl von Bearbeitungswerkzeugen 12 speichert. Diese Werkzeuge 12 sind mit Hilfe eines Werkzeugumsetzers 15 einem Werkzeugwechsler 16 zuführbar, der das bzw. die Werkzeug(e) aufnehmen kann, um es bzw. sie in Wirkverbindung mit einer im Werkzeugkopf 9 angeordneten Antriebswelle oder Antriebsspindel 21 zu versetzen.

Im folgenden sollen die einzelnen Baugruppen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine näher erläutert werden. Der Werkzeugwechsler 16 ist wie der Werkzeugkopf 9 an der Achse 11 der Führung 10 geführt. Er kann bezüglich dieser Achse eine Rotationsbewegung gemäß Pfeil 60 und eine Hubbewegung gemäß Pfeil 61 durchführen. In seiner Ruhestellung ist der Werkzeugwechsler 16 der Oberseite des Werkzeugkopfes 9 unmittelbar benachbart oder liegt auf dieser auf. Er besitzt zwei bezüglich der Achse 11 radial abstehende Haltearme 17, 17′, an deren beiden freien radialen Endbereichen jeweils eine Koppelungseinrichtung 18, 18′ vorgesehen ist, an die jeweils eine sogenannte Werkzeugkassette 19 ankoppelbar ist. Fig. 1 zeigt einen Zustand, in dem an beide Koppelungseinrichtungen 18, 18′ jeweils eine Werkzeugkassette angesetzt ist. In diesem Zustand beschreibt der Werkzeugwechsler 16 zusammen mit den angesetzten Werkzeugkassetten 19 in seinem Längsschnitt die Gestalt eines U, das mit seiner Öffnung 20 in Richtung des Werkzeugkopfes 9 weist. Zweckmäßigerweise ist der Werkzeugkopf 9 so dimensioniert, daß er in der Ruhestellung in der Öffnung 20 zumindeste teilweise versenkt ist. Nachzutragen wäre noch, daß der Werkzeugwechsler 16 in seiner Ruhestellung derart ausgerichtet ist, daß seine Längsrichtung in etwa parallel zur ersten Koordinatenachse 4 verläuft, was bedeutet, daß einer der Haltearme 17 in Richtung des Werkstückschlittens 2 und der andere der Haltearme 17′ in Richtung des Werkzeugmagazins 14 weist.

Der in Richtung des Werkstückschlittens 2 weisende Haltearm 17 hält die angesetzte Werkzeugkassette in Arbeitsstellung, in der das in der Werkzeugkassette 19 aufgenommene Werkzeug in Wirkverbindung mit einer im Werkzeugkopf 9 angeordneten und schematisch und gestrichelt dargestellten Antriebswelle bzw. Antriebsspindel 21 steht. Hierzu enthält die Werkzeugkassette 19 eine nicht dargestellte Werkzeugspindel, die an die Antriebswelle 21 ankoppelbar ist und gleichzeitig mit den aufgenommenen Werkzeugen in Verbindung steht. Die am zweiten Haltearm 17′ angesetzte Werkzeugkassette befindet sich in der Magazinstellung, in der sie mit Werkzeugen aus dem Werkzeugmagazin 14 bestückt werden kann.

Die Funktionsweise des Werkzeugwechslers 16 ist folgende: unter der Annahme, daß an beiden Haltearmen 17, 17′ jeweils eine Werkzeugkassette 19 angekoppelt ist und beide Kassetten mit Werkzeugen unbestückt sind, wird zunächst mittels des Werkzeugumsetzers 15 ein Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin 14 entnommen und in die am Haltearm 17′ in Magazinstellung angeordnete Werkzeugkassette 19 eingesetzt (die Funktionsweise des Umsetzers 15 wird weiter unten näher erläutert). Im Anschluß an diese Aktion führt der Werkzeugwechsler 16 eine Hubbewegung durch, in deren Verlauf er in Längsrichtung der Achse 11 vom Werkzeugkopf 9 angehoben wird, bis dieser aus der Öffnung 20 herausgetreten ist. Dieser Zustand ist bei 22 gestrichelt dargestellt. Nunmehr schließt sich eine Drehbewegung um 180° um die Achse 11 an, so daß im Anschluß an diese Drehbewegung die beiden Haltearme 17, 17′ ihre Positionen gerade vertauscht haben. Daran anschließend senkt sich der Werkzeugwechsler 16 wieder in seine in Fig. 1 dargestellte Ruhestellung ab, so daß sich die dort dargestellte Situation darstellt. Das in der einen Werkzeugkassette 19 aufgenommene Werkzeug 12 steht nun in Wirkverbindung der Antriebswelle 21, während die zweite, leere Werkzeugkassette 19 nun ebenfalls mittels des Umsetzers 15 bestückt werden kann. Es ist leicht zu erkennen, daß über den Werkzeugwechsler 16 sehr schnell und sehr einfach ein Austausch von Bearbeitungswerkzeugen 12 erfolgen kann; schon während der Bearbeitung eines Werkstückes 3 kann in der dem Werkzeugmagazin 14 zugewandten Werkzeugkassette 19 ein Umtausch von Werkzeugen 12 vorgenommen werden.

Im folgenden, insbesondere bezugnehmend auf Fig. 2, ist zu erkennen, daß das Werkzeugmagazin 14 als Endlosförderer 23 ausgebildet ist. Dieser Endlosförderer 23 ist vorzugsweise eine endlose, schematisch dargestellte Förderkette 26, die um vier Förderräder 24, beispielsweise Zahnräder, herumgeschlungen ist, deren vier Drehachsen 25 parallel zueinander verlaufen und im rechten Winkel zu einer die Förderkette 26 aufnehmenden Ebene angeordnet sind. Zweckmäßigerweise liegen die vier Drehachsen 25 in den vier Ecken eines gedachten Rechteckes, so daß die umschlingende Förderkette insgesamt in etwa die Gestalt eines Rechtecks mit abgerundeten Kanten besitzt. Der Einfachheit halber ist in Fig. 2 nur eines der Förderräder 24 dargestellt, die weiteren Förderräder sind durch ihre Drehachsen angedeutet. Selbstverständlich ist diese Anordnung nicht zwingend, beispielsweise wäre es auch denkbar, nur zwei im Abstand zueinander angeordnete Förderräder 24 vorzusehen, die umschlingende Förderkette erhielte in diesem Falle die Gestalt eines Ovals. Auch ist nicht festgeschrieben, als Endlosförderer eine Kette einzusetzen, vielmehr wäre auch ein bandartiges Gebilde verwendbar. Mindestens eines der Förderräder 24 ist ein angetriebenes Förderrad, das bei seiner Drehung eine Förderbewegung des Endlosförderers 23 bewirkt.

An seiner den Förderrädern 24 entgegegengesetzten Förderseite 27 trägt der Endlosförderer 23 des Werkzeugmagazins 14 eine Vielzahl von in Förderrichtung nacheinander angeordneten Werkzeughalterungen 28, die fest mit dem Endlosförderer 23 verbunden sind. Bei einer beispielsweisen Ausführungsform des Endlosförderers 23 als Förderkette 26 bietet es sich an, die einzelnen Werkzeughalterungen 28 über Stege 29 an den jeweiligen Gelenkachsen eines Kettengliedes der Förderkette 26 anzubringen. In diesem Falle entspricht die maximale Anzahl der Werkzeughalterungen des Werkzeugmagazins der Anzahl der Kettenglieder der Förderkette. Es sind jedoch auch andere Anbringungsmöglichkeiten für die Werkzeughalterungen 28 möglich, so beispielsweise ein Ansetzen an den Kettengliedern selbst, beispielsweise mittels Schweißen.

Die Werkzeughalterungen 28 des Werkzeugmagazins 14 zeichnen sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus. Sie bilden quasi nur einzelne Werkzeugtaschen 30, die eine Kupplungspartie eines Werkzeugs aufnehmen können, und die zweckmäßigerweise eine einfache Halteeinrichtung, beispielsweise eine Rasteinrichtung, enthalten, zum lösbaren und sicheren Einrasten der Werkzeuge im gespeicherten Zustand (nicht näher dargestellt). Die Werkzeughalterungen 28 haben also einzig und allein die Aufgabe, die abzuspeichernden Werkzeuge 12 im gespeicherten Zustand unverlierbar, jedoch leicht entnehmbar aufzunehmen. Dies hat zur Folge, daß die Werkzeughalterungen 28 klein zu bauen und kostengünstig herstellbar sind, insbesondere im Vergleich zu den ebenfalls Werkzeuge aufnehmenden Werkzeugkassetten 19.

Wie die Fig. 1 und 2 weiterhin zeigen, ist das Werkzeugmagazin 14 vorzugsweise derart am Träger 13 angebracht, daß der Endlosförderer 23 mit der sich in Magazinstellung befindlichen Kassette in ein und derselben oder einer parallelen Ebene liegt. Im Ausführungsbeispiel verläuft die den Endlosförderer enthaltende Ebene parallel zur Achse 11 und zweckmäßigerweise vertikal.

Zur Übergabe eines Werkzeugs 12 zwischen dem Werkzeugmagazin 14 und einer am Werkzeugwechsler 16 in Magazinstellung gehalterten Werkzeugkassette 19 ist der oben schon erwähnte Umsetzer 15 vorgesehen. Dieser enthält eine über eine Konsole 31 parallel zur Richtung der Achse 11 bewegbare Greifeinrichtung 32, die eine Greifzange 33 enthält, die zum Ergreifen von in den Werkzeughalterungen 28 oder in den Werkzeugkassetten 19 gehalterten Werkzeugen dient. Die Ausgestaltung und Funktionsweise der Greifeinrichtung 32 wird unter den Fig. 3 und 4 weiter unten noch näher erläutert.

Zweckmäßigerweise ist das Werkzeugmagazin 14 bezüglich der Lage des Werkzeugwechslers 16 derart angeordnet, daß es in der Seiten- und Rückansicht (Fig. 1 und 2) unterhalb dem Werkzeugwechsler 16 zu liegen kommt. Vorzugsweise erfolgt die Anordnung derart, daß die jeweilige in Magazinstellung befindliche Werkzeugkassette 19 in einer Ebene liegt mit der den Endlosförder 23 enthaltenden Ebene. Hierbei ist der im wesentlichen eine in etwa rechteckige Gestalt aufweisende Endlosförderer 23 so ausgerichtet, daß seine beiden längeren Rechteckseiten im rechten Winkel zur Achse 11 verlaufen, wobei die Förderseite 27 der dem Werkzeugwechsler 16 benachbarten Rechteckseite eben diesem Werkzeugwechsler 16 zugewandt ist. Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Anordnung, bei der sich die jeweils in Magazinstellung befindliche Kassette unmittelbar senkrecht oberhalb der Längsmitte der längeren Rechteckseiten befindet (Fig. 2). Zur Umlagerung eines Werkzeuges vom Werkzeugmagazin 14 zum Werkzeugwechsler 16 entnimmt der Umsetzer 15 das jeweils in den Längsmittenbereich der oberen Rechteckseite des Endlosförderers 23 positionierte Werkzeug aus der entsprechenden Werkzeughalterung 28 und verfährt es parallel zur Achse 11 zum Werkzeugwechsler.

Der Einfachheit halber soll im folgenden diejenige Stellung, in der der Umsetzer 15 im Bereich des Werkzeugmagazins 14 positioniert ist und in der eine Entnahme eines Werkzeuges durchgeführt werden kann als Speicherstellung des Umsetzers 15 bezeichnet werden und diejenige Stellung, in der der Umsetzer im Bereich des Werkzeugwechslers 16 positioniert ist, in der ein Einsetzen eines Werkzeuges in eine Werkzeugkassette 19 vorgenommen werden kann, als Wechslerstellung.

Die Übergabebewegung eines Werkzeuges zwischen Magazin und Wechsler ist eine Hubbewegung, wobei der Antrieb für diese Bewegung über einen Arbeitszylinder 34 erfolgt, dessen Zylinder an oder im Träger 13 gehaltert ist und dessen Kolbenstange mit einem Fortsatz 35 der Konsole 31, die an einer Vertikalführung 36 geführt ist, zusammenarbeitet. Die Längsachse des Arbeitszylinders 34 verläuft parallel zur Achse 11 und zur Längsrichtung der Vertikalführung 36. Zweckmäßigerweise sind an der Vertikalführung 36 nicht dargestellte Endanschläge vorgesehen, die die Hubbewegung in der Wechsler- und der Speicherstellung stoppen.

Im folgenden soll anhand insbesondere der Fig. 3 und 4 die Greifeinrichtung 32 der Werkzeugübergabevorrichtung bzw. des Umsetzers 15 näher beschrieben werden:
zunächst bezugnehmend auf Fig. 4 ist die Speicherstellung des Umsetzers 15 dargestellt, in der er so positioniert ist, daß eine Entnahme bzw. ein Einsetzen eines Werkzeugs 12 aus bzw. in eine Werkzeughalterung 28 durchgeführt werden kann. Zunächst soll die ungestrichelte Darstellung betrachtet werden. Man erkennt eine Partie der weggeschnittenen Konsole 31, die an ihrer Oberseite eine waagerecht und in Richtung der Koordinatenachse 4 (Fig. 1) verlaufende Führungsschiene 37 aufweist. In dieser Richtung liegt ebenfalls die Einsteck- bzw. Entnahmerichtung für ein Werkzeug 12 bezüglich seiner Werkzeughalterung 28. An der Führungsschiene 37 ist die Greifzange 33 über eine Führungseinrichtung 38, z. B. eine Schwalbenschwanzführung, in Längsrichtung der Führungsschiene 37 verschiebbar gelagert. Gleichzeitig steht die Greifzange mit einer Kolbenstange 39 eines parallel zur Führungsschiene 37 ausgerichteten Arbeitszylinders 40 in Verbindung, so daß durch eine Betätigung desselben eine Horizontalverschiebung der Greifzange möglich ist. Die Greifzange 33 steht in etwa im rechten Winkel von der Führungsschiene 37 ab und weist nach oben in Richtung zum Werkzeugwechsler 16. Der abstehende freie Endbereich 44 der Greifzange 33 ist gemäß Fig. 3 als feststehende Greifbacke 41 ausgebildet, die mit einer an einer Drehachse 42 schwenkbar gelagerten Greifbacke 43 zusammenarbeitet. Beide Greifbacken liegen in einer Ebene, die auch die Schwenkebene für die schwenkbare Greifbacke 43 definiert. In den freien Endbereich 44 der beiden Greifbacken 41, 43 ist eine Greifausnehmung 45 eingebracht, die im geschlossenen Zustand der Greifzange eine bogenförmige oder halbkreisförmige Kontur besitzt.

Die schwenkbare Greifbacke 43 ist ein schwenkbar gelagerter zweiarmiger Hebel, wobei der längere Hebelarm oder Greifarm 46 sich ausgehend von der Drehachse 42 in Richtung des freien Endbereihs 44 erstreckt und der kürzere Hebelarm, der Betätigungsarm 47, in Gegenrichtung weist. Der Greifarm 46 arbeitet mit einem Betätigungsstößel 48 zusammen, der in einer parallel zur Schwenkebene verlaufenden und in der feststehenden Greifbacke 41, aus Richtung der schwenkbaren Greifbacke 43 ausgenommenen Sackbohrung 49 verschiebbar gelagert ist. Zwischen dem Ende der Sackbohrung und dem Betätigungsstößel 48 ist des weiteren eine Druckfeder 50 angeordnet, die sich einerseits am Ende der Sackbohrung und andererseits am Betätigungsstößel 48 abstützt, der dadurch auf die schwenkbare Greifbacke 43 einwirkt und diese in eine Offenstellung vorspannt. Demgegenüber arbeitet der Betätigungsarm 47 der schwenkbaren Greifbacke 43 mit einem Druckstößel 51 zusammen, der ebenfalls in einer in die feststehende Greifbacke 41, in der gleichen Ebene wie die Sackbohrung 49, eingebrachten Betätigungsbohrung 52 längsverschieblich gelagert ist. In diese Bohrung kann über einen Kanal oder eine Leitung 53 ein Druckmedium zugeführt werden, zur Beaufschlagung des vom Betätigungsarm 47 abliegenden axialen Endes des Druckstößels 51. Im folgenden soll ein Übergabevorgang eines Werkzeuges 12 aus dem Werkzeugmagazin 14 in eine in der Beladestellung des Werkzeugwechslers 16 in diesem gehalterte Werkzeugkassette 19 kurz erläutert werden:

Die an der Konsole 31 festgelegte Greifeinrichtung 32 ist dem Werkzeugmagazin benachbart angeordnet und zwar auf dessen vom Maschinenbett 1 abgewandter Seite. Zur Aufnahme eines Werkzeugs 12 aus der unmittelbar vertikal unterhalb der zu bestückenden Werkzeugkassette 19 angeordneten Werkzeughalterung 28, befindet sich die Greifzange 33 in der in Fig. 4 ungestrichelt dargestellten Stellung, in der das Werkzeug zwischen den beiden Greifbacken 41, 43 fest aufgenommen ist. Diese Position ist auch im unteren Abschnitt der Fig. 3 dargestellt. Zum Schließen der beiden Greifbacken steht am Druckstößel über die Leitung 53 ein Druck an, der den Druckstößel 51 auf den Betätigungsarm 47 der schwenkbaren Greifbacke 43 einwirken läßt, wodurch diese entgegen der Federkraft 50 in ihre geschlossene Stellung ausgelenkt wird und hierbei eine Partie des Werkzeugs 12 mit seiner Greifausnehmung 45 spannend faßt. Um eine sichere Halterung des Werkzeugs 12 zu gewährleisten, besitzt die mit der Werkzeughalterung 28 zusammenarbeitende Kupplungspartie 54 des Werkzeugs 12 eine Haltenut 55, in die die beiden Greifbacken 41, 43 eintauchen können. Nachdem das Werkzeug 12 ergriffen ist, führt die Greifzange 33 unter Vermittlung des Arbeitszylinders 40 eine vom Werkzeugmagazin 14 weg gerichtete Verschiebebewegung entlang der Führungsschiene 37 aus, bis die Kupplungspartie 54 des Werkzeugs 12 aus der Werkzeughalterung 28 entnommen ist. Diese Stellung ist in Fig. 4 bei 56 gestrichelt dargestellt. Jetzt schließt die Hubbewegung des Umsetzers 15 an, die vom Arbeitszylinder 34 hervorgerufen wird. Mittelbar längsgeführt an der Vertikalführung 36 erfolgt daher ein Anheben der Greifeinrichtung 32, bis das Werkzeug 12 und seine Kupplungspartie 54 eine Position einnehmen, in der ihre Längsachse 57 koaxial zur Einstecköffnung 58 der zu bestückenden Werkzeugkassette 19 ausgerichtet ist. Jetzt erfolgt die Betätigung des Arbeitszylinders 40, so daß seine Kolbenstange 39 ausfährt und die Greifzange 33 in Richtung auf die Werkzeugkassette 19 bewegt. In der Endstellung dieser Bewegung ist die Kupplungspartie 54 in der Einstecköffnung 28 der Werkzeugkassette 19 aufgenommen und darin eingerastet oder dgl. Nun wird ein Druckabfall des in der Leitung 53 anstehenden Druckes veranlaßt, der zur Folge hat, daß die schwenkbare Greifbacke 43 unter Wirkung der Druckfedern 50 in eine geöffnete Stellung übergeht, in der sie das Werkzeug 12 freigibt. Diese Position ist im oberen Abschnitt der Fig. 3 gestrichelt dargestellt. Da sich die feststehende Greifbacke 41 noch im Eingriff mit der Haltenut 55 befindet, schließt sich ein eventuelles Absenken des Umsetzers 15 an, um die Greifzange aus dem Werkzeugbereich zu entfernen. Diese Absenkbewegung ist jedoch nicht notwendigerweise erforderlich. Üblicherweise schließt sich nunmehr der vom Werkzeugwechsler 16 durchgeführte Wechsel des momentanen Bearbeitungswerkzeugs an, in dessen Verlauf der Werkzeugwechsler 16 angehoben wird und das in der Werkzeugkassette 19 aufgenommene Werkzeug 12 aus dem Bereich der Greifausnehmung 45 entnommen wird. Nach Beendigung der anschließenden Werkzeugwechslerbewegung ist das vorher dem Werkstück 3 zugewandte Werkzeug in der Greifausnehmung 45 aufgenommen. Es schließt sich ein Zurücksetzen dieses Werkzeugs in das Werkzeugmagazin 14 an, zu welchem Zwecke der Umsetzer 15 einen Bewegungsablauf ausführt, der dem vorher beschriebenen entgegengesetzt ist.

Wie oben bereits gesagt, sind die Werkzeugkassetten 19 am Werkzeugwechsler 16 lösbar angesetzt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine feste Verbindung zwischen Kassetten und Wechsler vorzunehmen, dies schränkt die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in keiner Weise ein.

Für eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist eine lösbare Verbindung zwischen Werkzeugkassetten und Werkzeugwechsler 16 unbedingte Voraussetzung. Anhand von insbesondere Fig. 2 soll diese Ausführungsform nachstehend beschrieben werden. Demgemäß besitzt die Werkzeugmaschine ein zweites, sogenanntes Kassettenmagazin 62, das eine Mehrzahl von Werkzeugkassetten 19,19′ speichert und bereithält. Dieses Kassettenmagazin 62 ist ebenfalls als Endlosförderer 63 ausgebildet und derart angeordnet, daß das Werkzeugmagazin 14 von ihm umgeben ist. Das bedeutet, daß diejenige Ebene, in der der Endlosförderer 23 des Werkzeugmagazins 14 verläuft, parallel zu derjenigen Ebene angeordnet ist, in der der Endlosförderer 63 des Kassettenmagazins 62 aufgenommen ist. Der Endlosförderer 63 ist in analoger Weise zum Werkzeugmagazin 14 um Umlenkräder bzw. Rollen 64 herumgeschlungen, deren Lagerachsen 65 ebenfalls in den Ecken eines gedachten Rechtecks, jedoch mit größeren Abständen zueinander, angeordnet sind. Die Kontur des Endlosförderers 63 ist daher diejenige eines Rechtecks mit abgerundeten Kanten. Vorzugsweise verlaufen die zwischen zwei Lagerachsen 65 befindlichen Förderstränge parallel zu den zwischen den Drehachsen 25 angeordneten und benachbarten Fördersträngen des Werkzeugmagazins. Auch eine koaxiale Anordnung von Kassetten- und Werkzeugmagazin ist möglich.

Die im Kassettenmagazin 62 aufgenommenen Werkzeugkassetten 19, 19′ sind am Endlosförderer an dessen vom Werkzeugmagazin 14 weg weisender Seite lösbar angebracht und zwar, in Förderrichtung des Endlosförderers 63 gesehen, in Reihe nacheinander und mit zwischenliegenden kleineren Abständen. Vorzugsweise sind die Kassetten lösbar an am Endlosförderer 63 befestigten Haltestegen 66 angesetzt, die von diesem Endlosförderer 63 radial und im rechten Winkel nach außen abstehen (siehe auch gestrichelte Darstellung in Fig. 1). Der zwischen Werkzeugmagazin 14 und Werkzeugwechsler 16 angeordnete Fördererstrang 67 steht in einem Abstand zum in der jeweiligen Beladestellung befindlichen Haltearm 17′ des Werkzeugwechslers 16, der gerade der quer zur Förderrichtung gemessenen Höhe der Werkzeugkassette 19, 19′ entspricht. Das hat zur Folge, daß bei einer Bewegung des Kassettenmagazins 62, die jeweils den Werkzeugwechsler 16 passierende Werkzeugkassette mit dessen Koppelungseinrichtung 18′ momentan zusammenarbeitet. Das bedeutet, daß immer diejenige Werkzeugkassette 19, die sich unmittelbar unterhalb des Haltearms 17′ befindet, an diesen automatisch angekoppelt ist. Wird das Kassettenmagazin 62 in dieser Stellung angehalten, so kann ein Entnehmen und ein Umtausch der Kassette erfolgen, gemäß der oben schon beschriebenen Werkzeugwechslerbewegungen.

Die Kombination des Kassettenmagazins 62 mit dem Werkzeugmagazin 14 hat insbesondere den Vorteil einer hohen Speicherkapazität. Die Funktionsweise des Umsetzers 15 ist vorteilhafterweise unabhängig von der Anordnung dieses Kassettenmagazins 62, da er immer mit der jeweils in Beladestellung des Werkzeugwechslers an diesen angesetzten Werkzeugkassette 19 zusammenarbeiten kann.

Vorteilhafterweise kann das Werkzeugmagazin 14 an einer bekannten Werkzeugmaschine angesetzt werden, die bereits ein kassettenaufnehmendes Magazin, in der Art wie oben beschrieben, besitzt. Dies hat den Vorteil, daß ohne großen Aufwand eine Nachrüstung erfolgen kann, zum Zwecke der Erhöhung der Speicherkapazität und der Flexibilität. Noch dazu erfolgt dies mit einem wesentlich geringeren Kostenaufwand, im Vergleich zu einer entsprechenden Erhöhung der Anzahl der Werkzeugkassetten.

Die obige beschriebene Werkzeugmaschine stellt selbstverständlich nur eine beispielhafte Ausführungsform dar. Das erfindungsgemäße Werkzeugmagazin bzw. das Kassettenmagazin und der Umsetzer können selbstverständlich auch an einer Werkzeugmaschine Verwendung finden, die beispielsweise einen anders gestalteten Werkzeugumsetzer 16 besitzt. Dieser kann beispielsweise als sogenannter Revolverwerkzeugwechsler ausgeführt sein, der die Möglichkeit besitzt, mehrere Werkzeugkassetten gleichzeitig zu haltern. Auch für die Ausgestaltung des Umsetzers bestehen vielfältige Möglichkeiten, eine weitere Ausführungsform wäre beispielsweise die Ausgestaltung des Umsetzers in Art eines zweiten Werkzeugwechslers, der zwischen der Magazinstellung einer Kassette und dem Werkzeugmagazin angeordnet ist.

Claims (12)

1. Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung, mit einem eine Antriebswelle für Werkzeuge enthaltenden Werkzeugkopf, der einen gleichzeitig mit mehreren, jeweils eine Werkzeugspindel zur Koppelung des aufgenommenen Werkzeuges enthaltende Werkzeugkassetten bestückbaren Werkzeugwechsler aufweist, mit dem die auswechselbar an ihm angeordneten, Werkzeuge enthaltenden Werkzeugkassetten zwischen einer Arbeitsstellung, in der das an der entsprechenden Werkzeugkassette angeordnete Werkzeug mit der Antriebswelle verbunden ist und einer Magazinstellung sowie umgekehrt verbringbar sind, und mit einem Kassettenmagazin, in dem sich mehrere entnehmbare Werkzeugkassetten für jeweils mindestens ein Werkzeug befinden, die zwischen Speicherstellungen und einer gemeinsamen Wechselstellung verfahrbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkzeugwechsler (16) zwei einander bezüglich einer Drehachse (11) gegenüberliegende Werkzeugkassetten (19) gleichzeitig anordenbar sind, daß die von einer jeweiligen, zwischen dem Kassettenmagazin (62) und dem Werkzeugwechsler (16) verbringbaren Werkzeugkassette (19) in der Wechselstellung und in der Magazinstellung eingenommene Position identisch ist, wobei die in die Wechselstellung verfahrene Werkzeugkassette (19) automatisch momentan an den Werkzeugwechsler (16) gekoppelt ist, daß im Bereich des Kassettenmagazins (62) ein zusätzliches Werkzeugmagazin (14) mit spindellosen, im Werkzeugmagazin (14) verbleibenden, zwischen Wartestellungen und einer gemeinsamen Umsetzstellung verfahrbaren Werkzeughalterungen (28) angeordnet ist, wobei die jeweilige in der Umsetzstellung befindliche Werkzeughalterung (28) der jeweils in der Wechselstellung befindlichen Werkzeugkassette (19) gegenüberliegt und die Umsetzstellung gegenüber der Magazinstellung eine dauerhaft unveränderliche Position einnimmt, und daß ein beiden Magazinen (62, 14) gemeinsamer Werkzeugumsetzer (15) zum Umsetzen von halterungslosen Werkzeugen (12) zwischen einer in der Umsetzstellung befindlichen Werkzeughalterung (29) und einer in der Wechselstellung befindlichen Werkzeugkassette (19) vorgesehen ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin (14) ein Endlosförderer (23), z. B. eine Förderkette (26) ist, an dem die Werkzeughalterungen (28) reihenartig fest angeordnet sind.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin (14) unterhalb der sich jeweils in der Wechselstellung befindenden Werkzeugkassette (19) angeordnet ist.

4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem in Gestalt eines Endlosförderers ausgebildeten Kassettenmagazin, dadurch gekennzeichnet, daß das Kassettenmagazin (62) das Werkzeugmagazin (14) umgibt.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magazine (14, 62) koaxial zueinander angeordnet sind.

6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magazine (14, 62) in einer gemeinsamen Ebene oder in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind.

7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalterungen (28) jeweils eine Werkzeugtasche (30) aufweisen, in die das jeweilige Werkzeug (12) verrastend lösbar einsteckbar ist.

8. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugumsetzer (15) eine das jeweilige Werkzeug (12) beim Umsetzen haltende Greifeinrichtung (32) enthält.

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinrichtung (32) parallel zur Steckrichtung der Werkzeuge (12) bewegbar ist, die zweckmäßigerweise rechtwinkelig zur Werkzeugmagazinebene verläuft.

10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinrichtung (32) linear zwischen einer der in der Umsetzstellung befindlichen Werkzeughalterung (28) benachbarten Stellung und einem der in der Wechselstellung befindlichen Werkzeugträger (19) benachbarten Stellung bewegbar ist, zweckmäßigerweise rechtwinkelig zur Steckrichtung bezüglich der Werkzeughalterungen (28).

11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugumsetzer (15) eine die Greifeinrichtung (32) tragende Konsole enthält, die zur linearen Bewegung der Greifeinrichtung (32) verschiebbar geführt ist.

12. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinrichtugn (32) zum Ergreifen eines Werkzeuges (12) eine pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch betätigbare Greifzange (33) enthält.