DE3818564C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum mit einer
Werkzeughandhabungseinrichtung, die die Werkzeuge aus wenigstens
einem Werkzeugmagazin zu einer als Doppelgreifer
ausgebildeten Werkzeugwechseleinrichtung heranfördert
bzw. die Werkzeuge von dieser Werkzeugwechseleinrichtung
zu den Magazinen zurückbewegt, einer Werkzeugwechseleinrichtung
und wenigstens einer Bearbeitungsspindel, wobei
die Drehachsen der Werkzeugwechseleinrichtung und der
Werkzeughandhabungseinrichtung und die Drehachse der
Bearbeitungsspindel zumindest in der Übergabestellung
parallel zueinander angeordnet sind und der Achsabstand
zwischen der betreffenden Drehachse der Werkzeug
handhabungseinrichtung und dem Doppelgreifer einerseits
und der Drehachse des Doppelgreifers und der
Drehachse der Bearbeitungsspindel andererseits gleichgroß
sind, mit Relativbewegungsmöglichkeiten zwischen der
Werkzeughandhabungseinrichtung und dem Doppelgreifer einerseits
und dem Doppelgreifer und Bearbeitungsspindel
andererseits, einem Bearbeitungsraum zum Bearbeiten von
Werkstücken und NC-Steuerung aller Bewegungsvorgänge sowie
Codierungen für die Werkzeuge und deren Bereithaltung
in mindestens einem Werkzeugmagazin, mit je mindestens
einer Verriegelungsvorrichtung für die Werkzeuge während
des Transports durch die Werkzeug-Handhabungseinrichtung
und durch den Doppelgreifer durch Spannen bzw. Verriegeln
an Nuten des Werkzeugschaftes.
Bei Bearbeitungszentren ist es gemäß der vorausgesetzten
Gattung vorbekannt, Werkzeuge in mindestens einem Werk
zeugmagazin bereitzustellen und von hier aus die jeweils
benötigten Werkzeuge durch eine Werkzeug-Handhabungs
einrichtung über eine Werkzeugwechseleinrichtung der
Bearbeitungsspindel des Bearbeitungszentrums zuzuführen. Die
Werkzeughandhabungseinrichtung führt dabei verschiedene
Dreh- bzw. Schwenkbewegungen durch und ist z. B. in
der Lage, das aus dem Werkzeugmagazin entnommene Werkstück
zu ergreifen und während des Transports durch eine ent
sprechende Verriegelung gegen Herunterfallen zu sichern
und dieses Werkzeug einer Greiferklaue einer Werkzeug
wechseleinrichtung mit z. B. horizontaler Drehachse zuzuführen.
Diese Werkzeugwechseleinrichtung kann zwei um 180 Grad
gegeneinander, also diametral einander gegenüberliegende
Arme aufweisen, die an ihren Enden je eine verriegelbare
Greiferklaue aufweisen, an die die Werkzeug
handhabungseinrichtung das betreffende Werkzeug übergibt
bzw. auch daraus entnehmen kann. Das z. B. von einer
solchen Greiferklaue der Werkzeugwechseleinrichtung
übernommene Werkzeug wird ebenfalls in der Greiferklaue
verriegelt, so daß das Werkzeug nicht unbeabsichtigt
herunterfallen kann. Nach einer entsprechenden Schwenk- bzw.
Drehbewegung der Werkzeugwechseleinrichtung kann das so
ergriffene Werkzeug an die Bearbeitungsspindel übergeben
werden, wo es gespannt und gesichert wird. Nach dem entsprechenden
Arbeitsvorgang wird dieses Werkzeug dann aus
der Bearbeitungsspindel durch die Werkzeugwechseleinrichtung
wieder entnommen und der Werkzeughandhabungseinrichtung
zugeführt, die es dann zum Werkzeugmagazin transportiert
und dort ablegt.
Um die Werkzeuge jeweils durch die Werkzeugwechselein
richtung bzw. das Werkzeughandhabungsgerät, aber auch
durch die Bearbeitungsspindel sicher ergreifen zu können,
sind die Werkzeuge in der Regel mit Steilkegeln, z. B.
nach DIN 69 871/72 A50, versehen, so daß eine formschlüssige
Mitnahme des Werkzeuges, die Werkzeugspannung über
genormte Spannzangen, Abblasen des Werkzeugkegels während
des Werkzeugwechselvorganges usw., aber auch die
erforderliche Austauschbarkeit, gewährleistet sind.
Sowohl die Werkzeughandhabungseinrichtung als auch die
Werkzeugwechseleinrichtung und die Bearbeitungsspindel
können NC-gesteuert sein. Zum Beispiel kann der Werkzeugwechsler
ein NC-gesteuerter, elektromechanisch betätigter
Doppelgreifer mit programmierbaren Wechselgeschwindigkeiten
für unterschiedliche Werkzeuggewichte sein. Die
Werkzeughandhabungseinrichtung kann ebenfalls mit NC-gesteuertem
Bewegungsablauf zur Bereitstellung der Werkzeuge
an der Übergangsstelle der als Doppelgreifer ausgebildeten
Werkzeugwechseleinrichtung und zum Umschichten
der Werkzeuge in den Magazinkassetten ausgebildet sein.
Dadurch ist die Zusammenstellungsmöglichkeit von werkstück-
bzw. palettenbezogenen Werkzeugsätzen während der
Maschinenlaufzeit gegeben.
Bei einer auf die Anmelderin zurückgehenden Lösung ist das
Magazin als segmentiertes Werkzeugmagazin mit zwei, drei
oder fünf Kassetten für jeweils 25 Werkzeugplätzen sowie
mit neun ortsfesten Werkzeugplätzen zur Einzel- oder
ersatzweisen Werkzeugbereitstellung während der
Maschinenlaufzeit ausgebildet. Einzelbeschickung und
Kassettentausch ohne Programmunterbrechung sind dadurch gegeben.
Senkrechte Werkzeugablage mit obenliegendem Werkzeugkegel
und seitliches Entnehmen aus den Kassetten verhindern
eine Kegelverschmutzung durch Tropfwasser und Späne.
Die Steuerung derartiger auf die Anmelderin zurückgehender
Bearbeitungszentren kann mittels moderner 4-Achsen-
Mikroprozessoren-NC-Bahnsteuerung mit busgekoppelter SPS-An
paßsteuerung erfolgen. Es ist außerdem auch möglich,
NC-Hilfsachsen für Nebenbewegungen vorzusehen, z. B.
für Werkzeughandhabungseinrichtung und Werkzeugwechsel
einrichtung. Umfangreiche Software-Funktionen zur bediener
unterstützten Programmierung (Konturbeschreibung, Be
arbeitungs- und Meßzyklen etc.), Klartextanzeige von
Werkzeugdaten (Werkzeugtabellen, Betriebszuständen,
Fehlerdiagnosen usw.), sind möglich.
Die Werkstücke können auf Palettenwechsler angeordnet
sein. Der Palettenwechsler kann als zweifache Paletten
wechseleinrichtung mit linearem Paletteneinzug (dadurch
PTM-System möglich) sowie DIN-Paletten (DIN 55 201,
Ausführung 2). Die Aufspannfläche kann mit T-Nuten ausge
stattet sein.
Der Achsantrieb kann als dynamisches Antriebssystem
mit Gleichstrommotoren versehen sein, mit torsionssteifen
Kupplungen, Präzisions-Kugelumlaufspindeln und vorgespannten
Doppelmuttern in allen Achsen.
Die Werkzeugwechseleinrichtung kann NC-gesteuert sein,
mit elektromechanisch betätigten Doppelgreifern mit programmier
baren Wechselgeschwindigkeiten für unterschiedliche
Werkzeuggewichte.
Beim Stand der Technik erfolgte die Verriegelung bzw.
Arretierung der Werkzeuge an der als Doppelgreifer ausge
bildeten Werkzeugwechseleinrichtung durch hydraulisch
betätigbare Spannzylinder. Um diese Bewegungen beim
Verriegeln und Entriegeln durchzuführen, müssen solche Zylinder
angesteuert werden, was Zeit kostet. Zwar wurde durch die
auf die Anmelderin zurückgehende deutsche Patentanmeldung
DE 28 12 200 A1 bereits ein Sperrglied mit einem Sperrnocken
und einem Schwenknocken vorgeschlagen, die um etwa 90 Grad
gegeneinander versetzt sind. Die einander zugekehrten
Flächen des Sperrnockens und des Schwenknockens bilden
dabei den freien Raum für einen Bund an der Werkzeugaufnahme
beim Werkzeugwechsel. Außerdem weist das Sperrglied
einen Bedienungsnocken für die Handbetätigung auf.
In Sperrstellung liegt das Sperrglied senkrecht zur
Schwenkebene unter Federkraft gegen einen Anschlag an,
wobei der Sperrnocken vor dem Bund an der Werkzeugaufnahme
liegt. Die Feder wird von einem Federstab gebildet,
dessen eines Ende in dem Sperrglied und dessen anderes
Ende in dem Werkzeugmagazin befestigt ist. Die Arbeitsspindel
der Werkzeugmaschine soll dabei an ihrer vorderen
Stirnseite mindestens einen Anlaufnocken mit Anlaufschrägen
für die automatische Betätigung des Sperrgliedes mittels
des Schwenknockens aufweisen.
Bei Doppelgreifern in Bearbeitungszentren gemäß der
gattungsgemäß vorausgesetzten Art sind allerdings noch
keine mechanischen Arretierungsvorrichtungen verwendet worden.
Weiterhin ist beim Stand der Technik nachteilig daß zum
Lösen der Arretierungen beim Aufnehmen von Werkzeugen
bzw. deren Abgeben an die Werkzeughandhabungseinrichtung
einerseits und den Werkzeugwechsler andererseits die als
doppelarmiger Greifer ausgebildete Werkzeugwechsel
einrichtung in den Bearbeitungsraum axial vorfahren muß.
Hierdurch ist es notwendig, daß der Programmierer alle
möglichen Bearbeitungsvorgänge genau beachtet und
sicherstellt, daß die unterschiedlich dimensionierten Werkzeuge
nicht irgendwo anstoßen. Auch kann es erforderlich sein,
daß das Werkstück aus dem Bearbeitungsraum vorher
wegbewegt wird, wodurch ebenfalls Zeitverluste in Kauf zu
nehmen sind.
Aus der DE-OS 35 31 160 ist ein Werkzeugwechsler für eine
Werkzeugmaschine vorbekannt, welcher eine Werkzeugaufnahme
aufweist, mit mindestens einem Halter, der mindestens
eine Greifhand zum Angreifen an den Flansch eines
Werkzeuges aufweist, einer ersten Bewegungsvorrichtung
zum Bewegen des Halters zwischen einer Rückzugsposition
und einer Ausrichtposition, in der die Greifhand vor der
Werkzeugaufnahme steht, und mit einer zweiten Bewegungsvorrichtung
zum Bewegen des Halters parallel zur Achse
der Werkzeugaufnahme. Die Greifhand trägt an der der
Werkzeugaufnahme abgekehrten Seite eine Verriegelungsvorrichtung,
die mindestens ein den Flansch des Werkzeug
übergreifenden Verriegelungselement aufweist, wobei an
der Werkzeugmaschine eine Kulissenführung angebracht ist,
die das Verriegelungselement axial aus dem Bereich des
Flansches drückt, wenn die Greifhand vor die Werkzeugaufnahme
bewegt wird. Die Greifhand umschließt den Flansch
des Werkzeugs nur auf einer Hälfte des Umfangs eng, wobei
das Verriegelungselement an der anderen Hälfte des Umfanges
angreift. Die Verriegelungsvorrichtung besteht aus
einer Platte, die eine Ausnehmung für den seitlichen
Durchtritt des Werkzeuges aufweist und an ihren beiden
Schenkeln Verriegelungselemente trägt, wobei die Platte
von einer elastischen Andrückvorrichtung gegen die Außenseite
der Greifhand gedrückt wird. Ein den Halter tragender
Block weist einen drehend antreibbaren Schrauber auf,
der in Richtung auf die Werkzeugaufnahme absteht und beim
Bewegen des Halters in die Ausrichtposition gegen eine an
der Werkzeugaufnahme vorgesehenen Halteschraube für das
Werkzeug stößt und Kupplungsmitteln zum Drehen der Halteschraube
aufweist. Der Schrauber wird von einer Feder
axial abgestützt. Der Halter ist ein drehbares Rad, an
dem mehrere Greifhände befestigt sind, wobei die Achse
des Rades in gleicher Höhe wie diejenige der Werkzeugaufnahme
angeordnet ist. Der Halter ist an einem Rahmen angebracht,
der mit einer Linearführung an einem Block parallel
zur Achse der Werkzeugaufnahme geführt ist. Der
Block ist an einer Basis mit einer Linearführung quer zur
Achse der Werkzeugaufnahme geführt. Der Halter ist an einem
starren Rahmen drehbar gelagert, der parallele Führungsstangen
aufweist, die an dem Block verschiebbar
sind, wobei der Rahmen auf der dem Halter abgewandten
Seite des Blocks einen Drehantrieb trägt, dessen Welle
den Halter drehend antreibt.
Bei dieser vorbekannten Bauart ist die Lage des Greifers
von einem Federelement abhängig. Dieses kann aber verschmutzen,
ermüden oder auch sonst nicht richtig funktio
nieren.
Aus der DE-OS 34 04 497 ist ein Verfahren zur Drehausrichtung
einer Werkzeugmaschinen-Arbeitsspindel beim automatischen
Werkzeugwechsel vorbekannt, bei welchem mit
einer Greifbewegung zum Erfassen des aus der Arbeitsspindel
zu entnehmenden Werkzeugs gleichzeitig das Werkzeug
mit der Arbeitsspindel aus einer von den möglichen, jeweils
in einem zugehörigen, von der maximalen mit der
Greifbewegung ausführbaren Drehwinkelverstellung bestimmten
Drehwinkel-Toleranzfeld liegenden, Grobpositionierungen
in eine vorbestimmte zugehörige genaue Drehlage hinsichtlich
der Spindelachse bewegt und gegebenenfalls dann
das Werkzeug entnommen wird. Zur wiederholbaren Überführung
der Arbeitsspindel in eine einzige vorbestimmte
Drehlage wird die Arbeitsspindel unter Abtastung und
gleichzeitiger Beaufschlagung mit einer von der Greifbewegung
gesondert angreifenden Drehkraft zunächst in das
dieser Drehlage zugehörige Toleranzfeld von weniger als
180 Grad Drehwinkel gedreht und dadurch vorpositioniert,
wobei dann erst mit der Greifbewegung die Drehausrichtung
in die genau vorbestimmte Drehlage vorgenommen wird. Die
Arbeitsspindel wird am Ende der Vorpositionierung im
Toleranzfeld durch Bremsen verzögert, vorzugsweise
stillgesetzt, wobei erst dann, insbesondere unter aufgehobener
Bremskraft die Drehausrichtung mit der Greifbewegung
vorgenommen wird. Die Drehwinkel-Abtastung wird
berührungsfrei, insbesondere induktiv, magnetisch, optisch
oder in ähnlicher Weise, vorzugsweise an einer Markierung
am Umfang der Arbeitsspindel vorgenommen. Die
Drehbewegung der Arbeitsspindel wird unter der Greifbewegung
durch unmittelbare Drehmoment-Beaufschlagung der Arbeitsspindel,
insbesondere von einem der an der Arbeits
spindel für den drehschlüssigen Eingriff in Nuten des jeweiligen
Werkzeugflansches vorgesehenen Nutensteine vorgenommen.
Des weiteren beschreibt diese Vorveröffentlichung
eine Vorrichtung zur Drehausrichtung einer Werkzeug-
Arbeitsspindel mit einem einer Werkzeugwechseleinrichtung
zugehörigen Greifer zum Entnehmen und Einsetzen
des jeweiligen Werkzeuges, der beiderseits eine Axialebene
der Spindelachse liegende Drehmoment-Übertragungsflächen
in Form von Anschlagflächen für die Anlage an mit
der Arbeitsspindel drehschlüssig verbundenen Gegenflächen
aufweist, wobei eine zur Erkennung der Drehlage der
Arbeitsspindel vorgesehene Tasteinrichtung vorgesehen
ist, welche in sperrender und freigebender Steuerverbindung
mit dem Greifer steht. Die Gegenflächen sind an Teilen
der Arbeitsspindel vorgesehen. Die Tasteinrichtung
weist einen am Spindelkopf der Werkzeugmaschine zu befestigenden
induktiven, magnetischen, optischen oder ähnlichen
Tastkopf auf, dem ein Tastnocken zugeordnet ist. Der
Greifer weist als Drehmoment-Übertragungsflächen zwei gegenüber
den Endflächen eines Greifmaules zum Umschließen
eines Werkzeugflansches zurückversetzte Anschlagflächen
auf, denen als Gegenflächen insbesondere die Seitenflächen
von zwei an der Arbeitsspindel für den Eingriff in
Umfangsnute des Werkzeugflansches diametral einander
gegenüberliegend angeordnete Nutensteinen zugeordnet
sind, die vorzugsweise annähernd in der Ebene der
hinteren Riegelflächen von beweglichen Sperrklinken für
den Eingriff des Greifmaules in die Umfangsnuten des
Werkzeugflansches liegen. Drehmoment-Übertragungsflächen
sind gegenüber dem Greifmaul lagefest angeordnet und
vorzugsweise durch die Endflächen eines U-Profiles für
das stirnseite Umgreifen des vorzugsweise
kreisscheibenförmigen Werkzeugflansches gebildet und
liegen bei jeder Greiferstellung in einer gemeinsamen
Ebene
Die bei der DE-OS 34 04 497 vorgesehene Gummipuffer garantieren
keinen Zwangslauf; damit kein zwangsweises Um
schließen.
Aus der DE-Firmenschrift Fa. Hüller Hille GmbH Werkzeug
maschinen "nb-h 150, CNC-Bearbeitungszentrum mit dem flexiblen
Magazin-Cassetten-System" ist ein Bearbeitungszentrum
in einem flexiblen Magazin-Cassetten-System vorbekannt,
das sich besonders für die flexible, automatische
Fertigung eignet. Auch bei diesem Bearbeitungszentrum
werden Werkzeuge in austauschbaren Cassetten bereitgehalten.
Dadurch wird ein hauptzeitparalleles Umrüsten einzelner
Werkzeuge oder ganzer Werkzeugplätze ermöglicht.
Es ist ein separater Werkzeugzubringer für die Werkzeug
bereitstellung während der Maschinenlaufzeit möglich. Das
Bearbeitungszentrum weist modulare Ausbaustufen und eine
gute Integrationsfähigkeit in vorhandene flexible Ferti
gungssysteme auf.
Aus der DE-Firmenschrift Fa. Hüller Hille GmbH Werkzeugmaschinen,
"CNC-Bearbeitungszentren, nb-h 150, 210, 260
mit Magazin-Cassetten-System (MCS)" ist ein Bearbeitungszentrum
mit einem Magazin-Cassetten-System vorbekannt,
das einen ähnlichen Aufbau wie bei der vorbeschriebenen
DE-Firmenschrift aufweist. Das Bearbeitungszentrum weist
einen zweifach Palettenwechseleinrichtung mit linearem
Paletteneinzug auf. Der Werkzeugwechsler ist ein NC-gesteuerter,
elektromagnetisch betätigter Doppelgreifer mit
programmierbaren Wechselgeschwindigkeiten für unterschiedliche
Werkzeuggewichte. Die Werkzeugbereitstellung
erfolgt über schnelle, neuartige Werkzeughandhabungseinrichtungen
mit NC-gesteuertem Bewegungsablauf zur Bereitstellung
der Werkzeuge an der Übergangsstelle des Doppelgreifers
und zum Umschichten der Werkzeuge in den Maga
zin-Cassetten. Dadurch ist eine Zusammenstellungsmöglichkeit
von werkstück- bzw. palettenbezogenen Werkzeugsätzen
während der Maschinenlaufzeit möglich. Das Magazin-Cassetten-
System ermöglicht ein Werkzeugmagazin mit z. B.
neun ortsfesten Werkzeugplätzen und mit zwei oder drei
Cassetten für je 25 Werkzeuge zur satzweisen Werkzeugbereitstellung
während der Hauptzeit. Werkzeug-Einzelbeschickung
ohne Programmunterbrechung und Cassetten-Austausch
von Hand mit Bereitstellungswagen oder automatisch
mit Fluorförderzeug während der Maschinenlaufzeit ist möglich.
Pendelcassettenbetrieb für Ersatz- und Differenzwerkzeug
ist ebenfalls gegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bearbeitungszentrum
der vorausgesetzten Art dahingehend zu verbessern,
daß beim Arretieren von Werkzeugen an der Werkzeugwechseleinrichtung
auftretende Zeitverluste durch sicheres
Verriegeln der Werkzeuge soweit wie möglich ver
mieden werden.
Die Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch wieder
gegebenen Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum werden die
Werkzeuge an der Werkzeugwechseleinrichtung automatisch
ohne jedes Ansteuern auf rein mechanischem Wege verriegelt,
aber auch wieder entriegelt. Dies geschieht durch
das Anlaufen gewisser Steuerkanten an die ohnehin an der
Bearbeitungsspindel zur Übertragung des Drehmoments auf
die Werkzeuge vorhandenen sogenannten Mitnehmersteine und
durch die Relativbewegung zwischen der Werkzeugwechseleinrichtung
und der Werkzeughandhabungseinrichtung einerseits
und der Werkzeugwechseleinrichtung und der Bearbeitungsspindel
andererseits. Auf diese Weise lassen sich
somit die Werkzeuge in der Werkzeugwechseleinrichtung einerseits
arretieren (verriegeln), andererseits aber auch
wieder entriegeln (lösen), ohne daß z. B. hydraulische
Zylinder angesteuert zu werden brauchten. Der ganze Verriegelungs-
bzw. Arretierungs- und Lösevorgang geschieht
somit sozusagen während der Bewegung der Werkzeugwechseleinrichtung
und deren Relativbewegung zu der Werkzeug-Handhabungsein
richtung und/oder zu der Bearbeitungsspindel,
so daß praktisch keine Totzeiten hierfür anfallen.
Da die Verriegelung (Arretierung) auf rein mechanischem
Wege erfolgt, können alle bisher notwendigen Zylinder,
Dichtungen, Steuerleitungen, Relais usw. vollständig entfallen,
so daß der konstruktive Aufwand entsprechend gering
ist. Die erforderlichen Arretierungsmittel können sehr
einfache Konstruktionsteile sein, die in die ohnehin
vorhandenen Rillen am Schaft der Werkzeuge eingreifen
und/oder diese übergreifen. Diese mechanischen Arre
tierungsmittel unterliegen so gut wie keinem Verschleiß.
Ein weiterer, bemerkenswerter Vorteil besteht darin,
daß nicht mehr - wie beim Stand der Technik - die Werk
zeugwechseleinrichtung in den Bearbeitungsraum vorfährt,
sondern bei der Erfindung stationär verbleibt, also
stillsteht. Stattdessen führen die Werkzeughandhabungs
einrichtung und der Ständer mit der Bearbeitungsspindel
die erforderlichen Relativbewegungen zu der Werkzeug
wechseleinrichtung durch, und zwar in eine Richtung, die
entgegengesetzt dem Bearbeitungsraum liegt. Deshalb braucht beim
Programmieren von Bearbeitungsvorgängen unterschiedlichen
Werkzeugabmessungen und/oder Werkzeuge nicht mehr beachtet
zu werden. Auch brauchen etwaige Werkstücke nicht
mehr aus dem Bearbeitungsraum wegtransportiert zu werden,
wenn ein Wechseln von Werkzeugen notwendig ist. Dabei ist
es nicht erforderlich, daß Ständer und Werkzeughandhabungseinrichtung
synchron zueinander bewegt werden. Zwar
wird man diese Teile parallel zueinander um den gleichen
Hub entgegengesetzt zum Bearbeitungsraum bewegen. Wenn
das letzte Teil - Ständer oder Werkzeughandhabungsein
richtung - sozusagen hinten angekommen ist, erfolgt die
Startfreigabe für das Drehen der Werkzeug
wechseleinrichtung.
Außerdem ergibt sich eine besonders kompakte, günstige
Konstruktion mit wenigen Einzelteilen, die unter normalen
praktischen Betriebsbedingungen kaum nennenswertem Verschleiß
unterliegen. Durch diese Konstruktion ist eine
zuverlässige Verriegelung (Arretierung) von unterschiedlichen
Werkzeugen an der mit einem Doppelarm ausgerüsteten
Werkzeugwechseleinrichtung gegeben, ohne daß irgend
welche Ansteuerung durch externe Vorrichtungen beim Lösen
oder Arretieren notwendig ist.
Die Verriegelungslage ist im übrigen bei der Erfindung
unabhängig von dem Wirken eines Federelementes.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, in
der die Erfindung - teils schematisch - an Ausführungsbeispielen
veranschaulicht ist. Es zeigen:
Fig. 1 ein Bearbeitungszentrum in der Stirnansicht;
Fig. 2 eine Draufsicht zu Fig. 1;
Fig. 3 eine Seitenansicht zu Fig. 2;
Fig. 4 eine Werkzeug-Handhabungseinrichtung in perspek
tivischer Darstellung, wobei die Werkzeuge lediglich
mit strichpunktierten Linien angedeutet sind;
Fig. 5 eine Werkzeug-Greifeinrichtung;
Fig. 6 eine Werkzeug-Handhabungseinrichtung in perspek
tivischer Darstellung;
Fig. 7 ein Werkzeugmagazin in schematischer Drauf
sicht;
Fig. 8 eine Werkzeugkassette (Werkzeugmagazin) in
perspektivischer Darstellung mit 32 Speicher
plättchen;
Fig. 9 eine Werkzeugmagazin-Kassette mit 39 Speicher
plätzen;
Fig. 10 eine Werkzeug-Magazin-Kassette mit Kassetten
codierung, teils im Schnitt, teils in der
Ansicht;
Fig. 11 eine Werkzeug-Wechseleinrichtung in der Stirn
ansicht mit Doppelgreifern;
Fig. 12 eine Einzelheit aus Fig. 15, teils im Schnitt,
bei entriegeltem Werkzeug;
Fig. 13 eine Darstellung ähnlich der aus Fig. 12
ersichtlichen, wobei das Werkzeug verriegelt
ist;
Fig. 14 die Anordnung einer Werkzeug-Wechseleinrichtung
zwischen einer Werkzeug-Handhabungseinrichtung
und einer Arbeitsspindel, in der Draufsicht;
Fig. 15 die mit einem Doppelarm versehene Werkzeug
wechseleinrichtung in der Stirnansicht, in
größerem Maßstab, teils im Schnitt dargestellt;
Fig. 16 eine Draufsicht zu Fig. 18;
Fig. 17 einen Schnitt nach der Linie G-H der Fig.
15;
Fig. 18 einen Schnitt nach der Linie J-K der Fig.
15;
Fig. 19 einen Schnitt nach der Linie L-M der Fig.
15;
Fig. 20 einen Schnitt nach der Linie N-O der Fig.
15;
Fig. 21 eine Ansicht in Richtung X der Fig. 16;
Fig. 22 eine Ansicht in Richtung Y der Fig. 21.
Das aus der Zeichnung ersichtliche Bearbeitungszentrum
(Fig. 1 bis 3) kann im wesentlichen die übliche Ausge
staltung haben und aus einem Maschinenbett, einem Arbeits
tisch, der in bekannter Weise in Längsrichtung des Tisches
(X-Richtung) verfahrbar ist, einem Maschinenständer,
der in bekannter Weise auf dem Maschinenbett in Richtung
auf den Arbeitstisch zu (Z-Achse) verfahrbar ist, einem
Spindelstock, der ebenfalls in bekannter Weise in senkrechter
Richtung an der Maschinensäule verfahrbar ist und einem
den Arbeitsraum sozusagen kapselnden Gehäuse und einem
oder mehreren Werkzeugmagazinen bestehen. In den Fig.
1 bis 3 sind aus Gründen der Vereinfachung mit dem Be
zugszeichen 1 mehrere Werkzeugmagazine in Form sogenannter
Kassetten bezeichnet, die in den Fig. 8, 9 und 10
deutlicher zu erkennen sind. In diesen Werkzeug-Magazin-Kas
setten 1 sind zahlreiche Werkzeuge mit ihren Längsachsen
im wesentlichen senkrecht angeordnet und stützen sich
auf einem Bund des Werkzeugkegels ab (Fig. 8 und 9).
Diese Werkzeug-Kassetten 1 können austauschbar sein.
Es können auch mehrere oder weniger Werkzeugmazin-Kassetten
1 vorgesehen sein als dies aus der Zeichnung erkennbar
ist.
Aus diesen Werkzeug-Magazin-Kassetten 1 werden die Werkzeuge
mittels einer Werkzeug-Handhabungseinrichtung 20 entnommen
bzw. wieder dort hingebracht, um sie einer Werkzeug
wechsel-Einrichtung 18 zuzuführen, die die jeweils ange
steuerten Werkzeuge der Bearbeitungsspindel 21 und von
dieser aus wieder der Werkzeug-Handhabungseinrichtung
20 zuführt. In den Fig. 4 und 6 ist schematisch der
Aufbau der Werkzeug-Handhabungseinrichtung 20 veranschaulicht.
In Fig. 4 ist mit 2 eine Stütze, mit 3 ein Träger, mit
4 Rundführungen für einen Handhabungs-Schlitten, mit
5 ein Handhabungs-Schlitten als Kreuzschlitten, verfahrbar
in Y1-Richtung, mit 6 ein Schlitten mit 90 Grad schwenkbarer
Werkzeug-Aufnahmeeinrichtung, verfahrbar in X1-Richtung
mit 7 ein Werkzeugmagazin-Gestell, 1 die Magazin-Kassetten
und mit 8 drei ortsfeste Magazinplätze als Schubladen
herausziehbar bezeichnet.
Eine Werkzeug-Greifeinrichtung bildet Bestandteil der
Werkzeug-Handhabungseinrichtung 20; sie dient dazu,
die betreffenden Werkzeuge aus der Werkzeugmagazin-Kassette
(Magazin-Speicherstelle) 1 zu entnehmen oder abzulegen.
In Fig. 5 ist mit 9 eine Spannzange zum Greifen des
betreffenden Werkzeuges veranschaulicht, die geöffnet
und geschlossen wird über einen eingebauten Hydraulik-Zy
linder 10, der doppeltwirkend und in der Spannstellung
gehalten wird durch eine Druckfeder 11. Eine Buchse
12 führt den zum Herausheben des Werkzeuges aus der
Werkzeug-Magazin-Kassette 1 notwendigen Axialhub von
z. B. 8 mm gemeinsam mit der Spannzange 9 aus, ebenfalls
durch den Hydraulikzylinder 10 betätigt.
Funktionsablauf: Werkzeug bereitstellen (Fig. 4 und
6).
- a) Der Handhabungs-Schlitten 5 fährt mit der Werk zeug-Greifeinrichtung über den vorgewählten Speicher platz der Werkzeugmagazin-Kassette 1;
- b) Die Greifeinrichtung fährt mit geöffneter Spannzange 9 nach unten über den Anzugsbolzen des Werkzeuges.
- c) Die Spannzange 9 wird durch den eingebauten Hy draulikzylinder 10 geschlossen, das Werkzeug gefaßt bzw. gespannt und durch Federkraft immer sicher gehalten.
- d) Durch weiteren Axialhub des eingebauten Hydraulik zylinders 10 gemeinsam mit Spannzange 9 und Buchse 12 wird das Werkzeug aus der Arretierung der Maga zin-Kassette 1 behoben.
- e) Der Handhabungs-Schlitten 5 fährt mit dem gespannten Werkzeug in die Übergabestellung.
- f) In der Übergabestellung wird die Greifeinrichtung
mit dem gespannten Werkzeug durch den angebauten
Hydraulikzylinder 10 um 90 Grad in die Werkzeug
wechselstellung geschwenkt.
Nach durchgeführtem Werkzeugwechsel wird das ausge wechselte Werkzeug in umgekehrter Reihenfolge auf seinen Speicherplatz zurückgebracht.
In der Übergabestellung steht die Werkzeug-Handhabungs
einrichtung mit ihrer Schwenkachse parallel und in gleicher
Höhe mit der Drehachse einer Werkzeug-Wechseleinrichtung
(Fig. 11 bis 13, 14, 15 und 16) und mit der Drehachse
der Bearbeitungsspindel 21.
In der Übergabestellung befindet sich somit der Mittelpunkt
des jeweils bereitgehaltenen Werkzeuges in der durch
die Achsen 14 und 15 definierten Koordinaten. Die Längsachse
13 des Werkzeuges mit diesem Koordinatenpunkt verläuft
parallel zu der durch die Achsen 16 und 17 bestimmten
Längsachse der Werkzeug-Wechseleinrichtung 18 (Fig.
11 und 14), die motorisch angetrieben drehbar ist oder
auch nur in einer dieser Richtungen schrittweise weiter
gedreht werden kann. Der Abstand L in Fig. 11 entspricht
dem Abstand A zur Längsmittenachse der Arbeitsspindel 21,
so daß die Werkzeuge durch Drehen des Doppelgreifers
19 der Werkzeugwechseleinrichtung 18 ergriffen und ausge
tauscht werden können. In Fig. 14 ist das Werkzeug-Hand
habungsgerät 20 aus Gründen der Vereinfachung mit dem
Bezugszeichen 20 und die Arbeitsspindel mit dem Bezugs
zeichen 21 sowie Mitnehmersteinen 22 und 23 bezeichnet
worden. Die Mitnehmersteine 22 und 23 dienen der Übertragung
des Drehmoments auf das Werkzeug 24 (Fig. 14). Mit 25
und 26 sind Kegel der Aufnahmen für die Werkzeuge be
zeichnet, in denen diese zentriert und gespannt werden
können.
Dem Doppelgreifer 19 ist ein über die Drehzahl geregelter
Servomotor mit digitalem Geber als Winkelmeßsystem zuge
ordnet.
Die Bezugszeichen 27 und 28 bezeichnen drehbare Greifklauen,
während 29 und 30 jeweils Drehfederstäbe darstellen,
die in Fig. 11 lediglich als strichpunktierte Linien
schematisch angedeutet sind, aber besser aus den Fig.
15 und den Schnittdarstellungen in den Fig. 17, 18,
19 und 20 hervorgehen. Die Drehfederstäbe 29, 30
sind an entgegengesetzten Enden durch abgeflachte Stifte
arretiert, von denen in den Fig. 19 und 20 lediglich
der Stift 31 mit einem Bezugszeichen versehen wurde.
An ihrem rückwärtigen Ende sind die Stifte 31 und andere
jeweils durch versenkte Schrauben gesichert, von denen
lediglich die Schraube 32 in den Fig. 19 und 20 mit
einem Bezugszeichen versehen worden ist. Die Stifte
31 spannen die Drehfederstäbe 29 und 30 durch Verdrillen
vor. Da die Drehfederstäbe (Fig. 15) eine relativ große
Länge besitzen, ist die Beanspruchung der Drehfederstäbe
29 und 30 relativ gering.
Auf jedem der Drehfederstäbe 29 bzw. 30 ist jeweils
im Endbereich ein klappenförmiger Greifer 33 bzw. 34
gelagert. Jeder Drehfederstab bildet gleichzeitig die
Lagerungsachse für die betreffenden klappenförmigen Greifer
33 bzw. 34 und deren Rückstellfeder, um den Greifer
33, 34 in Verriegelungsstellung zu belasten, die in
Fig. 17 mit strichpunktierten Linien veranschaulicht
ist. Mit durchgezogenen Linien ist dagegen in Fig. 17
der Greifer 33 seiner Entriegelungsstellung (Offenstellung)
dargestellt. Jeder Greifer 33 bzw. 34 (Fig. 21)
umschließt etwa einen Bogenbereich von 180 Grad oder
z. B. etwas mehr und besitzt in seinem mittleren Bereich
eine halbkreisförmige Aussparung, die für den Greifer
33 mit dem Bezugszeichen 35 bezeichnet worden ist.
Jeder der Greifer 33 bzw. 34 weist eine vordere Anschlagnase
36 auf, die z. B. gegen den betreffenden Mitnehmerstein
22, 23 anstoßen kann, wodurch ein Verschwenken des Greifers
33 bzw. 34 um den betreffenden Drehfederstab 29 bzw.
30 gegen dessen Rückstellkraft hervorgerufen wird (Fig.
18). Dabei ist die Anordnung und Ausbildung so getroffen,
daß jeder Greifer 33 bzw. 34 den betreffenden Bund 38
mit Nut 39 eines Werkzeugkegels 40 (Fig. 17) zu umgreifen
vermag (Verriegelungslage in Fig. 17 mit strichpunktierten
Linien dargestellt), um das betreffende Werkzeug 24
an dem Doppelgreifer 19 zu arretieren.
Jeder Greifer 33 und 34 besitzt im Querschnitt einen
längeren Steuerschenkel 41 und einen etwa rechtwinklig
dazu verlaufenden Schenkel 42. Wie man insbesondere
aus den Fig. 17 und 18 erkennt, integrieren sich die
Greifer 33 und 34 fast vollständig in die Projektion
des Werkzeugwechselarms.
Die Funktionen beim Werkzeugwechsel sollen nunmehr anhand
der Fig. 14 beschrieben werden.
Der Doppelgreifer 18 fährt beim Werkzeugwechsel nicht
in den Arbeitsraum. Der Werkzeugwechselhub wird allein
von der Handhabungseinrichtung 20 und der Bearbeitungs
spindel 21 durchgeführt, und zwar von dem bezeichneten
Arbeitsraum relativ gesehen nach hinten.
Funktionsablauf:
- a) Doppelgreifer 19 90 Grad einschwenken (Werkzeuge 24 gefaßt). Werkzeuge 24 in Bearbeitungsspindel 21 und Werkzeug-Handhabungseinrichtung 20 lösen.
- b) Ständer mit Bearbeitungsspindel 21 und Handhabungs einrichtung 20 relativ zum Arbeitsraum gesehen zurückfahren. Dabei werden die Werkzeuge 24 im Doppelgreifer 19 automatisch durch die Greifer 33 und 34 mechanisch verriegelt.
- c) Doppelgreifer 18 180 Grad durch Drehen um seine Längsachse, deren Längsmittelpunkt durch die Achsen 16 und 17 (Fig. 11) gebildet ist, schwenken.
- d) Ständer mit Bearbeitungsspindel 21 und Handhabungs einrichtung 20 in Richtung auf den Bearbeitungsraum vorfahren. Dabei werden die Werkzeuge 24 im Doppel greifer 19 automatisch durch Anschlagen der klappen förmigen Greifer 33, 34 entriegelt. Werkzeuge 24 in Bearbeitungsspindel 21 und in Werkzeug-Hand habungseinrichtung 20 spannen.
- e) Doppelgreifer 19 90 Grad ausschwenken.
Diese Funktionen sind durch die in Fig. 14 eingezeichneten
Pfeile und durch die dazugehörigen Buchstaben a) bis
e) nochmal deutlich gemacht. Außerdem erkennt man aus
den Fig. 12 und 13 das Entriegeln und Verriegeln mittels
der Greifer 33 und 34 durch Anstoßen an die Mitnehmersteine
22 und 23. Ansteuerungsvorgänge, Leitungen und Steuerungs
kolben entfallen somit vollständig. Verriegelung und
Entriegelung geschieht auf rein mechanischem Wege an
beiden Seiten des Doppelgreifers 18. Arbeiten im Arbeitsraum
werden nicht behindert. Auch brauchen Werkzeuggrößen
beim Wechseln nicht beachtet zu werden, wie es auch
nicht mehr erforderlich ist, die im nicht dargestellten
Arbeitsraum befindlichen Werkstücke vor einem etwaigen
Werkzeugwechsel wegzutransportieren.
Bezugszeichenliste
1 Werkzeugmagazin, Werkzeugmagazin-Kassetten
2 Stütze
3 Träger
4 Rundführungen für den Handhabungs-Schlitten
5 Handhabungs-Schlitten - Kreuzschlitten,
verfahrbar in Y₁-Richtung
6 Schlitten mit 90 Grad schwenkbarer Werkzeug-
aufnahme-Einrichtung, verfahrbar in X₁-Richtung
7 Werkzeugmagazin-Gestell
8 ortsfeste Magazinplätze als Schubladen
herausziehbar
9 Spannzange
10 Hydraulikzylinder
11 Druckfeder
12 Buchse
13 Längsachse
14 Längsachse
15 Längsachse
16 Längsachse
17 Längsachse
18 Werkzeug-Wechseleinrichtung
19 Doppelgreifer
20 Werkzeug-Handhabungs-Einrichtung
21 Bearbeitungsspindel
22 Mitnehmerstein
23 Mitnehmerstein
24 Werkzeug
25 Kegel
26 Kegel
27 Greifklaue
28 Gleifklaue
29 Drehfederstab, Federstab
30 Drehfederstab, Federstab
31 Stift
32 Schraube
33 Greifer
34 Greifer
35 Aussparung
36 Anschlagnase
37 -
38 Bund
39 Nut
40 Werkzeugkegel
41 Steuerschenkel
42 Schenkel
A Abstand
L Abstand
2 Stütze
3 Träger
4 Rundführungen für den Handhabungs-Schlitten
5 Handhabungs-Schlitten - Kreuzschlitten,
verfahrbar in Y₁-Richtung
6 Schlitten mit 90 Grad schwenkbarer Werkzeug-
aufnahme-Einrichtung, verfahrbar in X₁-Richtung
7 Werkzeugmagazin-Gestell
8 ortsfeste Magazinplätze als Schubladen
herausziehbar
9 Spannzange
10 Hydraulikzylinder
11 Druckfeder
12 Buchse
13 Längsachse
14 Längsachse
15 Längsachse
16 Längsachse
17 Längsachse
18 Werkzeug-Wechseleinrichtung
19 Doppelgreifer
20 Werkzeug-Handhabungs-Einrichtung
21 Bearbeitungsspindel
22 Mitnehmerstein
23 Mitnehmerstein
24 Werkzeug
25 Kegel
26 Kegel
27 Greifklaue
28 Gleifklaue
29 Drehfederstab, Federstab
30 Drehfederstab, Federstab
31 Stift
32 Schraube
33 Greifer
34 Greifer
35 Aussparung
36 Anschlagnase
37 -
38 Bund
39 Nut
40 Werkzeugkegel
41 Steuerschenkel
42 Schenkel
A Abstand
L Abstand
Claims (1)
- Bearbeitungszentrum mit einer Werkzeughandhabungs einrichtung, die die Werkzeuge aus wenigstens einem Werkzeugmagazin zu einer als Doppelgreifer ausgebildeten Werkzeugwechseleinrichtung heranfördert bzw. die Werkzeuge von dieser Werkzeugwechseleinrichtung zu den Magazinen zurückbewegt, einer Werkzeugwechseleinrichtung und wenigstens einer Bearbeitungsspindel, wobei die Drehachsen der Werkzeugwechseleinrichtung und der Werkzeughandhabungseinrichtung und die Drehachse der Bearbeitungsspindel zumindest in der Übergabestellung parallel zueinander angeordnet sind und der Achsabstand zwischen der betreffenden Drehachse der Werkzeughandhabungseinrichtung und dem Doppelgreifer einerseits und der Drehachse des Doppelgreifers und der Drehachse der Bear beitungsspindel andererseits gleichgroß sind, mit Relativ bewegungsmöglichkeiten zwischen der Werkzeughandhabungseinrichtung und dem Doppelgreifer einerseits und dem Doppelgreifer und Bearbeitungsspindel andererseits, einem Bearbeitungsraum zum Bearbeiten von Werkstücken und NC- Steuerung aller Bewegungsvorgänge sowie Codierungen für die Werkzeuge und deren Bereithaltung in mindestens einem Werkzeugmagazin, mit je mindestens einer Verriegelungsvorrichtung für die Werkzeuge während des Transports durch die Werkzeughandhabungseinrichtung und durch den Doppelgreifer durch Spannen bzw. Verriegeln an Nuten des Werkzeugschaftes, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelgreifer an jedem Endabschnitt mit je einem klappenförmigen Greifer (33, 34) versehen ist, wobei jeder Greifer (33, 34) im Querschnitt einen längeren Steuerschenkel (41) und einen etwa rechtwinklig dazu verlaufenden Schenkel (42) aufweist, und jeder Greifer (33, 34) um eine in Längsachsrichtung des Doppelgreifers (19) und orthogonal zur Drehachse des Doppelgreifers (19) verlaufende, als Drehfederstab (29 bzw. 30) ausgebildete Schwenkachse gelagert ist, und daß die Drehfederstäbe (29, 30) an entgegengesetzten Enden durch abgeflachte Stifte (31) arretiert sind, wobei die Stifte (31) den betreffenden Drehfederstab (29 bzw. 30) durch Verdrillen vorspannen, wobei jeweil einer der klappenförmigen Greifer (33 bzw. 34) im Endbereich des betreffenden Drehfederstabes (29 bzw. 30) gelagert ist, der gleichzeitig Lagerachse und Rückstellfeder für den betreffenden klappenförmigen Greifer (33, 34) bildet, wobei der betreffende Drehfederstab (29 bzw. 30) den zugeordneten klappenförmigen Greifer (33 bzw. 34) stets in Verriegelungsstellung belastet und jeder der klappenförmigen Greifer (33 bzw. 34) etwa einen Bogenbereich von 180 Grad umschließt und in seinem mittleren Bereich eine halbkreisförmige Aussparung (z. B. 35) aufweist, und daß jeder der Greifer (33 bzw. 34) eine vordere Anschlagnase (36) aufweist, die beim Anstoßen gegen Mitnehmersteine (22, 23) oder dergleichen in Entriegelungsstellung um einen gewissen Winkel schwenkbar und durch Relativbewegung zwischen Werkzeughandhabungseinrichtung (20) einerseits bzw. Doppelgreifer (19) und Be arbeitungsspindel (21) andererseits in die Verriegelungsstellung zurückbewegbar ist, wobei der betreffende Greifer (33, 34) die Umfangsnut (39) am Schaft bzw. Werkzeugkegel (40) des Werkzeuges (24) auf einem Umfang von etwa 180 Grad umschließt und mit einem nasenförmigen Vorsprung diese umgreift und/oder in die Nut eingreift und/oder diese überdeckt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3818564A DE3818564A1 (de) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | Verfahren zum wechseln von werkzeugen in einem bearbeitungszentrum und bearbeitungszentrum zum durchfuehren des verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3818564A DE3818564A1 (de) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | Verfahren zum wechseln von werkzeugen in einem bearbeitungszentrum und bearbeitungszentrum zum durchfuehren des verfahrens |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3818564A1 DE3818564A1 (de) | 1989-12-07 |
DE3818564C2 true DE3818564C2 (de) | 1991-11-21 |
Family
ID=6355557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3818564A Granted DE3818564A1 (de) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | Verfahren zum wechseln von werkzeugen in einem bearbeitungszentrum und bearbeitungszentrum zum durchfuehren des verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3818564A1 (de) |
Cited By (2)
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US7048679B2 (en) | 2001-11-08 | 2006-05-23 | Ex-Cell-O Gmbh | Tool-changing system |
DE102008017719A1 (de) * | 2008-04-07 | 2009-10-08 | HüLLER HILLE GMBH | Bearbeitungsanlage zum Bearbeiten von Werkstücken |
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WO2003013782A1 (de) * | 2001-08-09 | 2003-02-20 | K.R. Pfiffner Ag | Werkzeugmagazin |
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JPS55144946A (en) * | 1979-04-29 | 1980-11-12 | Toshiba Mach Co Ltd | Automatic tool exchanging device |
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-
1988
- 1988-06-01 DE DE3818564A patent/DE3818564A1/de active Granted
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US7048679B2 (en) | 2001-11-08 | 2006-05-23 | Ex-Cell-O Gmbh | Tool-changing system |
DE102008017719A1 (de) * | 2008-04-07 | 2009-10-08 | HüLLER HILLE GMBH | Bearbeitungsanlage zum Bearbeiten von Werkstücken |
DE102008017719B4 (de) * | 2008-04-07 | 2014-04-10 | Mag Ias Gmbh | Bearbeitungsanlage zum Bearbeiten von Werkstücken |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3818564A1 (de) | 1989-12-07 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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8365 | Fully valid after opposition proceedings | ||
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