DE3818564C2 - - Google Patents

Description

Gattung

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.

Stand der Technik

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.

Aufgabe

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.

Lösung

Die Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch wieder­ gegebenen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile

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

Claims (1)

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.