DE3841734C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeugmagazin nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Entscheidend bei einem automatischen Werkzeugwechsel, z. B. bei spanenden Werkzeugmaschinen, wie Bearbeitungszentren und Drehmaschinen, sind die Werkzeugwechselzeiten, so daß der Bauform und Anordnung von Werkzeug­ halterungen in Magazinen erhebliche Bedeutung zukommt. Um eine größere Anzahl von gleichartigen oder unterschiedlichen Werkzeugen bevorraten zu können, sind Teller- oder Kettenmagazine gebräuchlich. Neben der Magazin­ grundform ist noch die Lage der Werkzeuge und die Richtung ihrer Fügebe­ wegung in bezug auf die Magazinachse von Bedeutung. Der Werkzeugwechsel erfolgt meistens in einer bestimmten Magazinposition, so daß die den Ma­ schinen zugeordneten Werkzeugmagazine oft lineare und/oder rotatorische Indexierbewegungen durchführen müssen, ohne daß die Werkzeuge aus ihrer Aufnahme herausfallen. Die Werzeughalterungen besitzen in ihrer Grund­ form oft eine Hülse, die dem Werkzeugschaft angepaßt ist. Sollen Werk­ zeuge mit Steilkegelschaft aufgenommen werden, bietet es sich an, die Halterungshülse entsprechend kegelig auszubilden. Eine sichere Halterung ist jedoch nur dann möglich, wenn der Schaft in einer im wesentlichen senkrecht angeordneten Hülse aufgenommen wird. Bei nicht vertikaler An­ ordnung wird zur Sicherung des Werkzeugs ein Verriegelungselement ver­ wendet, welches über den Flansch oder in die Greifrille des Werkzeugflan­ sches ragt. Darüber hinaus ist es bekannt, das Werkzeug über den An­ zugsbolzen im Magazin zu sichern.

Auf der anderen Seite ist es Ziel der Werkzeugentwicklung, die Werkzeug­ köpfe kleiner und leichter zu bauen und mit Werkzeugkupplungen zu verse­ hen, die ein automatisches Spannen und Lösen und das Wechseln der Werk­ zeuge ohne längere Nebenzeiten ermöglichen. So ist beispielsweise eine Kurzkegelkupplung entwickelt worden, die sich sowohl für stehende und rotierende Werkzeuge auf Drehmaschinen als auch für rundlaufende Werkzeuge auf Bohr- und Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren sowie Trans­ ferstraßen eignet. Die stets geforderte hohe Wiederholgenauigkeit und Starrheit wird mit einer Werkzeugaufnahme erreicht, die im wesentlichen aus einem Kurzkegel mit Plananlage besteht. In eine axiale Freibohrung des Werkzeugschaftes bzw. der Kupplung des Werkzeuges ragt ein Spannzapfen mit zwei Spannkugeln, die in zwei gegenüberliegenden radialen Ausnehmungen des Werkzeugschaftes eingreifen und das Werkzeug fest in der Halterung der Maschine verspannen. Mit anderen Worten, bei dem in der DE- Z "NC-Fertigung", Heft 5, Sept. 87, Seiten 46 bis 56, beschriebenen Spannsystem wird der Kurzkegel mit seinem Bund gegen die Plananlage gezogen und gleichzeitig gespreizt. Der Aufnahmeschaft des Werkzeuges ist am Schaftende mit zusätzlichen Ausnehmungen versehen, die eine genaue rotatorische Fixierung des Werkzeuges ermöglichen. Der Vorteil der geschilderten Kupplung liegt in der universellen Verwendbarkeit für die bereits obenerwähnten Werkzeugtypen.

Aus der EP 01 39 758 A1 ist eine Einrichtung zum Wechseln eines Greifers an einem Adapter bekannt, dessen Hülse einen konisch ausgestalteten Hohl­ raum besitzt, der mittels einer Klemmstange des Aufnahmekörpers durch Ku­ geln beaufschlagbar ist. Zur Lagefixierung dient ein Positionierstift des Aufnahmekörpers, der in eine Bohrung des Adapters eingreift. Allerdings ist eine selbsttätige Verriegelung des Adapters an dem Aufnahmekörper nicht möglich.

Um Schraubwerkzeuge an der Schraubspindel eines Industrieroboters automa­ tisch wechseln zu können, sind nach der DD 2 15 965 A1 in der Werkzeugauf­ nahme ein Pendelfutter und ein federbelasteter Längenausgleich angeord­ net. Zur Übertragung des Drehmomentes sind jedoch formschlüssige Ele­ mente, wie Vierkantschäfte an den Schraubwerkzeugen erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das eingangs genannte Werkzeugmagazin da­ hingehend zu verbessern, daß eine einfache Belegung in dem Magazin mög­ lich ist und die Werkzeugentnahme sowohl manuell als auch über automati­ sche Werkzeugwechsler erfolgen kann. Ferner soll die Verriegelung selbst­ tätig arbeiten und das Werkzeug auch bei Überkopflage und Schaltbewegun­ gen des Magazins gegen Herausfallen sichern. Insbesondere soll die Halte­ rung des Magazins so ausgestaltet sein, daß deren Lage in einem Magazin genau definiert und ein schneller Wechsel der Halterung möglich ist. Die Halterung soll ferner den gesamten Werkzeugschaft gegen Verschmutzung und Beschädigung schützen und für einen automatischen Werkzeugwechsel die Lage des Werkzeuges festlegen können.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Werkzeug­ magazin durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die rotatorisch ausgebildete Halterung besitzt eine Aufnahmehülse ent­ sprechend der Außenkontur des Werkzeugschaftes und einen zentrisch in dieser Hülse angeordneten axialen Zapfen mit mindestens einem federbela­ steten Spann- oder Verriegelungselement, das in eine entsprechende ra­ diale Ausnehmung des Werkzeugschaftes bzw. der Kupplung beim Einsetzen des Werkzeuges einrastet. Die Auslegung ist so gewählt, daß das Werkzeug in der Aufnahmehülse zentrisch aufgenommen wird und am Anlagebund des Werkzeugschaftes anliegt. Hierdurch wird ein voller Schutz des Werkzeug­ schaftes gegen Verschmutzung erreicht. Die Halterung eignet sich vorteil­ hafterweise zur Anordnung auf Scheiben-, Teller- oder Trommelmagazinen, z. B. in der Weise, daß mehrere dieser Halterungen in gleichem Abstand auf gleichem Teilkreis liegend angeordnet werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung befinden sich zwei Verriegelungs­ elemente im Zapfen, die diametral gegenüberliegen und durch eine zwischen ihnen liegende Druckfeder beaufschlagt werden. Beim Beladen der Halterung werden die Verriegelungselemente bei gleichzeitiger Kompression der Feder aufeinander zu bewegt, bis sie in der Endposition des Werkzeuges in die Ausnehmungen der Werkzeugkupplung bzw. des Werkzeugkopfes einrasten kön­ nen.

Bevorzugtes Verriegelungselement ist jeweils eine Kugel, die mit einer abgestimmten Druckfeder für eine ausreichende Haltekraft auch bei Über­ kopflagen und Schaltbewegungen eines Magazins sorgt.

Die kegelige Aufnahmehülse nach Anspruch 4 dient zur Aufnahme von Werk­ zeugen mit einem Kegelschaft, wobei eine den Werkzeugschaft voll um­ schließende Hülse einen vorzüglichen Schutz vor Schmutz und Beschädigung bietet.

Zur genauen rotatorischen Einbauposition ist nach einer Weiterbildung der Erfindung ein Positionierelement vorgesehen, das in eine entsprechende Ausnehmung des Werkzeuges eingreift.

Um eine eindeutige Lage der Halterung in einem Magazin zu erhalten und um die Halterung leicht auswechselbar zu gestalten, besitzt die Halterung magazinseitig einen mit einem Gewinde ausgestatteten Zentrierzapfen zum Einbau in einen Werkzeugmagazinkörper; die Halterung wird dann mittels einer Schraube im Magazingrundkörper befestigt. Somit ist es ohne weitere Schwierigkeiten durch Lösen der Schraube und Entnahme der Halterung möglich, das Magazin umzurüsten, etwa um die Aufnahme einer anderen Werkzeugbaugröße vorzubereiten.

Insgesamt ist eine flexible Modifikation von Werkzeugmagazinen möglich.

Die Halterung wird bevorzugt aus Kunststoff hergestellt, so daß der prä­ zise gefertigte Werkzeugschaft beim Einlegen in die Halterung nicht be­ schädigt wird.

Die Magazinhalterungen sind klein- und bei weitgehender Verwendung von Kunststoff auch leichtbauend. Sie sind wirtschaftlich herstellbar und ko­ stengünstig und eignen sich sehr gut auch für Magazin-Sonderlösungen.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1a einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Halterung mit eingespanntem Werkzeug,

Fig. 1b eine Ausführungsform des Zapfens und

Fig. 2 und 3 jeweils Ansichten eines Werkzeugmagazins mit mehreren Halterungen.

Die erfindungsgemäße Halterung besteht im wesentlichen aus einer Aufnah­ mehülse 1, in der koaxial ein Zapfen 2 angeordnet ist, der eine in radi­ aler Richtung wirkende Druckfeder 4 enthält, an deren Enden zwei Kugeln 3 als Verriegelungselemete druckbeaufschlagt werden, die das gehaltene Werkzeug 10 vor dem Herausfallen sichern, daß sie in radiale Aus­ nehmungen 11 des Werkzeugschaftes 12 eingreifen. Der Zapfen 2 sowie die Hülse 1 sind dem Werkzeugschaft 12 geometrisch nach dem male-female-Prin­ zip angepaßt. Die Halterung besitzt magazinseitig ferner einen Zentrierzapfen 13 mit einem Gewinde, in das unter Zwischenlage einer Scheibe 7 eine Schraube 8 eingedreht werden kann, um die Halterung an einem Werkzeugmagazingrundkörper 9 zu befestigen. Der außermittig angeordnete Stift 5 dient zur rotatorischen Orientierung im Magazingrundkörper 9 und greift dort in eine entsprechend ausgebildete Bohrung 14 ein. Durch den Zentrierzapfen 13 wird die Lage der Halterung im Magazin und durch den Stift 5 die (Drehwinkel-) Position eindeutig festgelegt. Die genaue rotatorische Einbauposition des Werkzeuges 10 wird durch ein Positionierelement 6 in der Halterung gewährleistet, welches in eine entsprechende Ausnehmung des Werkzeuges eingreift. Dieses Positionierelement 6 ist in bevorzugter Ausführung Bestandteil des Zapfens 2 (Fig. 1b), kann aber auch ein in diesem montiertes eigenes Maschinenelement sein. Die mit Bezugszeichen 18 bezeichnete Nase dient zur Orientierung und kann ggf. entfallen.

Die gesamte Halterung nach Fig. 1a ist als kompakte Einheit auswechsel­ bar, was durch Lösen der Schraube 8 und Einsetzen bzw. Verschrauben einer (anderen) Halterung durchgeführt werden kann.

Eine beispielhafte Verwendung der Werkzeughalterung in einem Trommel- Werkzeugmagazin, ist in Fig. 2 und 3 dargestellt. In dem Trommel- Werkzeugmagazin sind mehrere Halterungen 15 (hier 6 × 12 = 72) angeordnet. Die Werkzeuge 10 können - wie in Fig. 3 dargestellt - dadurch gewechselt werden, daß ein Greifer 16 das Werkzeug 10 in der Greiferrille erfaßt und von der Halterung 15 unter Überwindung der Federklemmung abzieht. Die Lage und Position jedes der insgesamt 72 Werkzeuge in der Magazintrommel 17 ist klar definiert.

Claims (7)

1. Werkzeugmagazin mit mehreren Halterungen für Zerspanungswerkzeuge, wobei jede Halterung aus einer Aufnahmehülse für Werkzeuge mit ro­ tatorischer Schaftaufnahme besteht, die eine zentrale axiale Boh­ rung aufweist, die von mindestens einer radialen Ausnehmen unter­ brochen wird, und eine mechanische Verriegelung mit einem koaxial inmitten der Aufnahmehülse angeordneten Zapfen vorgesehen ist, in dem ein Spann- oder Verriegelungselement betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das sich in dem Zapfen (2) befindliche Spann- oder Verriegelungselement (3) einer jeden Halterung federbelastet ist und in die radiale Ausneh­ mung (11) des Werkzeugschaftes (12) eingreift und daß an der Werkzeugaufnahme jeweils magazinseitig ein Zentrierzap­ fen (13) mit einem Gewinde zum Einbau in den Werkzeugmagazinkör­ per (9) vorgesehen ist.

2. Werkzeugmagazin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeweils zwei Verriegelungselemente (3) im Zapfen (2) befinden, die diametral gegenüberliegen und daß zwischen beiden eine Druckfe­ der (4) angeordnet ist.

3. Werkzeugmagazin nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Verriegelungselemente eine Kugel ist bzw. Kugeln sind.

4. Werkzeugmagazin nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Aufnahmehülse (1) einer Halterung kegelig ausgebildet ist und den Werkzeugschaft (12) voll umschließt.

5. Werkzeugmagazin nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch jeweils ein Positionierelement (6) zur rotatorischen Lagefixierung des Werkzeuges (10), das in eine entsprechende Ausnehmung des Werk­ zeugs (10) eingreift.

6. Werkzeugmagazin nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß jeweils mindestens ein außermittiges Element (5) zur rota­ torischen Orientierung vorhanden ist, das in eine entsprechend aus­ gebildete Ausnehmung (14) des Werkzeugmagazinkörpers (9) eingreift.

7. Werkzeugmagazin nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Halterung oder zumindest die Aufnahmehülse (1) aus Kunststoff besteht.