DE4213684C2 - Bearbeitungszentrum mit einem benachbarten Hochregal-Werkzeugmagazin - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum mit einem benachbarten Hochregal-Werkzeugmagazin, einem ein Werkzeug aus dem Hochregal-Werkzeugmagazin entnehmenden und zurücklegenden Werkzeugroboter und einer Werkzeugwechselvorrichtung mit mindestens einem vom Übergabebereich des Werkzeugroboters bis zur Werkzeugaufnahme des Bearbeitungszentrums bewegbaren Werkzeughalter.

Ein derartiges Bearbeitungszentrum ist in der deutschen Offenlegungsschrift 40 22 996 beschrieben. Die Werkzeugwechselvorrichtung dieses bekannten Bearbeitungszentrums weist einen Schlitten auf, an dem zwei Werkzeuggreifer verschiebbar und drehbar befestigt sind. Diese bekannte Werkzeugwechselvorrichtung muß in der Lage sein, gleichzeitig zwei Werkzeuge aufzunehmen, wenn das Werkzeug in der Werkzeugwechselstellung im Bereich der Werkzeugmaschinenspindel vom Greifer ergriffen wird. Um das Werkzeug zu übernehmen, wird die Werkzeugmaschinenspindel quer zur Achse verfahren, und das Werkzeug wird durch Verschieben des Werkzeuggreifers in den Bereich der Spindel gebracht.

Nachteilig ist bei diesem bekannten Werkzeugwechselsystem, daß die Transportvorrichtung grundsätzlich in der Stellung im Bereich des Werkzeugmagazins solange bleiben muß, bis mittels der Werkzeugübergabevorrichtung ein gebrauchtes Werkzeug aus einem Greifer entnommen ist und ein neues Werkzeug wieder eingesetzt ist. Des weiteren muß die Transportvorrichtung mit dem Schlitten und der Doppelgreiferanordnung für die Belastung durch zwei Werkzeuge in der ausgefahrenen Stellung ausgelegt sein, was zwar bei üblichen Bohr- und Fräswerkzeugen in Verbindung mit einem Normkegel SK 50 hinnehmbar ist, was jedoch bei Werkzeugen für Senkrechtdrehmaschinen für die Schwerzerspanung nicht möglich ist. Bei diesen Drehmaschinen können die Zerspanungswerkzeuge mit Halterung bis zu 70 kg wiegen, da sie Schnittkräften bis zu 5 t bei einem Spanquerschnitt von 40 mm × 5 mm widerstehen müssen. Würde das bekannte Werkzeugwechselsystem für die Aufnahme von zwei Werkzeugen mit einer maximalen Werkzeugmasse von 70 kg ausgelegt, müßte die Konstruktion so schwer werden, daß dadurch nicht nur erhöhte Fertigungskosten entstünden, sondern auch die Geschwindigkeit, mit der ein Wechsel durchführbar ist, wegen der großen zu bewegenden Masse erheblich zurückgehen würde. Hinzu kommt, daß die zwingend notwendige Bewegung der Spindel quer zur Achse einen Zeitverlust mit sich bringt, der nicht zu vernachlässigen ist, da sich die Spindel auch im Eilgang im Vergleich zu den mit dem Werkzeugwechselsystem erreichbaren Geschwindigkeiten um etwa eine Zehnerpotenz langsamer bewegt.

Die Erfindung betrifft des weiteren in Verbindung mit einem Bearbeitungszentrum eine Werkzeugübergabeeinheit zum Entnehmen eines Werkzeugs aus einem Werkzeugmagazin, zum Abgeben des Werkzeugs an eine Werkzeugmaschine, zum Entnehmen eines gebrauchten Werkzeugs aus der Werkzeugmaschine und zum Zurückführen des gebrauchten Werkzeugs in das Werkzeugmagazin.

Derartige Werkzeugübergabeeinheiten werden an flexiblen Fertigungssystemen, z. B. Bearbeitungszentren, eingesetzt, und dienen dazu, vollautomatisch die unterschiedlichsten Werkzeuge, wie Drehstähle, Bohrer, Fräser, Gewindebohrer und dgl. für den jeweils durchzuführenden Bearbeitungsvorgang an die Werkzeugmaschine zu übergeben und das jeweils nicht mehr benötigte Werkzeug aus der Werkzeugmaschine zu entnehmen und in einem Werkzeugmagazin abzulegen. Bei einem in der DE 35 21 285 C1 beschriebenen flexiblen Fertigungssystem befindet sich an jeder Werkzeugmaschine ein drehbarer Wechselteller, von dem das jeweilig benötigte Werkzeug mittels eines Wechselarms entnommen und in die Werkzeugaufnahme eingesetzt wird, wobei dieser Wechselarm ebenfalls dazu dient, das nicht mehr gebrauchte Werkzeug aus der Werkzeugaufnahme zu entnehmen und in den Wechselteller einzusetzen.

Diese Wechselteller haben nur eine begrenzte Aufnahmekapazität für etwa zweiunddreißig Werkzeuge, so daß hinter den Werkzeugmaschinen zusätzliche Regalmagazine angeordnet sind, wobei zwischen dem Regalmagazin und dem Wechselteller ein Werkzeugroboter angeordnet ist, der das Auswechseln von Werkzeugen zwischen den Regalmagazinen und dem Wechselteller vornimmt.

Bei dieser bekannten Werkzeugübergabeeinheit werden nach Beendigung eines Bearbeitungsvorganges gleichzeitig ein nicht mehr gebrauchtes Werkzeug aus der Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine und ein neues Werkzeug aus dem Wechselteller entnommen. Anschließend wird der Wechselarm um 180° gedreht, so daß sich nunmehr das neue Werkzeug in die Werkzeugaufnahme und das nicht mehr gebrauchte Werkzeug in den Wechselteller einsetzen lassen. Während dieser Wechselvorgang relativ schnell abläuft, dauert es demgegenüber verhältnismäßig lange, bis ein neues Werkzeug in den Bereich des Wechselarms gedreht ist, da der Wechselteller für die vorgesehene Anzahl unterschiedlicher Werkzeuge einen großen Durchmesser aufweisen muß, so daß dadurch und aufgrund der großen Masse der am Wechselteller angeordneten Werkzeuge keine hohe Drehgeschwindigkeit des Wechseltellers möglich ist. Zwar ist dann ein schneller Wechsel möglich, wenn das neue Werkzeug unmittelbar benachbart zum nicht mehr gebrauchten Werkzeug auf dem Wechselteller angeordnet ist, jedoch ist dies nicht der Regelfall, vielmehr kann die Suche nach einem neuen Werkzeug über eine halbe Umdrehung des Wechseltellers vor sich gehen.

Um nun wenigstens die Kapazität der an der Werkzeugmaschine bereitgehaltenen Werkzeuge zu erhöhen, hat man bereits Kettenmagazine, wie in der DE 37 15 874 C1 dargestellt, vorgeschlagen. Da derartige Kettenmagazine eine noch höhere Masse als die Wechselteller besitzen, kann die Bewegung eines Kettenmagazins mithin nur noch langsamer erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bearbeitungszentrum mit einer verbesserten Werkzeugübergabeeinheit zu schaffen, mit der sich bei großer Kapazität für die bereitzuhaltenden Werkzeuge ein erheblich beschleunigter Werkzeugwechsel durchführen läßt.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß ein Bearbeitungszentrum mit einem benachbarten Hochregal-Werkzeugmagazin, einem ein Werkzeug aus dem Hochregal-Werkzeugmagazin entnehmenden und zurücklegenden Werkzeugroboter und einer Werkzeugwechselvorrichtung mit mindestens einem vom Übergabebereich des Werkzeugroboters bis zur Werkzeugaufnahme des Bearbeitungszentrums bewegbaren Werkzeughalter vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß die Werkzeugwechselvorrichtung aus zwei im Bereich des Werkzeugroboters quer verschiebbaren Werkzeugschlitten mit je einem Werkzeughalter für ein Werkzeug an jedem Werkzeugschlitten besteht. Bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum entfällt somit ein unmittelbar an dem Bearbeitungszentrum angeordnetes Werkzeugmagazin. Die im Hochregal-Werkzeugmagazin angeordneten Werkzeuge werden durch die Werkzeugübergabeeinheit aus dem Magazin entnommen und in dieses zurückgelegt, ohne daß sich das Magazin selber mit den Werkzeugen bewegen muß. Dadurch entfallen die bei den bekannten, an jeder Werkzeugmaschine angeordneten Werkzeugmagazinen auftretenden Massenkräfte, so daß der Werkzeugwechsel erheblich schneller vonstatten gehen kann.

Während mittels des Werkzeughalters eines Werkzeugschlittens ein Werkzeug in die Werkzeugaufnahme an dem Bearbeitungszentrum eingesetzt wird, oder sich der Werkzeughalter während eines Bearbeitungsvorgangs in einer Wartestellung befindet, läßt sich der Werkzeughalter am anderen Werkzeugschlitten bereits durch den Werkzeugroboter mit einem aus dem Hochregal-Werkzeugmagazin entnommenen Werkzeug bestücken, so daß sich sofort nach Beendigung eines Bearbeitungsvorganges und Entnahme des nicht mehr benötigten Werkzeugs ein neues Werkzeug in die Werkzeugaufnahme an dem Bearbeitungszentrum einsetzen läßt.

Der Bewegungsablauf der Werkzeugübergabeeinheit aus dem Werkzeugroboter und der Werkzeugwechselvorrichtung kann aufgrund der geringen bewegten Massen sehr schnell ablaufen, so daß sich bei Verwendung in Verbindung mit einer kombinierten Senkrechtdrehmaschine und Fräsmaschine eine Verkürzung der Werkzeugwechselzeit von üblichen 45 Sekunden auf etwa 15 Sekunden erreichen läßt.

Die Werkzeugwechselvorrichtung kann wenigstens einen endlos umlaufenden Steuerkettentrieb, mit dem Steuerkettentrieb kuppelbare, von einer Werkzeugaufnahme- und -abgabestellung im Bereich des Werkzeugmagazins in eine Werkzeugabgabe- und -aufnahmestellung im Bereich der Werkzeugaufnahme an dem Bearbeitungszentrum auf Führungsschienen verfahrbare Werkzeugschlitten und Mitnehmer am Steuerkettentrieb sowie mit den Mitnehmern zusammenwirkende, in den Endstellungen der Werkzeugschlitten auskuppelnde und verriegelnde sowie in der Transportstellung einkuppelnde Kupplungs- und Verriegelungsmittel am Werkzeugschlitten aufweisen.

Mittels des Steuerkettentriebs, der sich auf einfachste Weise mechanisch durch einen Hydraulik- oder Elektromotor, vorzugsweise durch einen Schrittmotor antreiben läßt, läßt sich ein einzelnes Werkzeug jeweils mit großer Geschwindigkeit vom Bereich des Werkzeugmagazins in den Bereich der Werkzeugaufnahme an dem Bearbeitungszentrum transportieren und wieder zurückbringen, ohne daß große Massen, außer dem Werkzeugschlitten und dem Werkzeug selber, beschleunigt werden müssen.

Im Bereich des Werkzeugmagazins ist der Werkzeugroboter angeordnet, der aus dem Werkzeugmagazin ein Werkzeug entnimmt, in den Werkzeughalter des Werkzeugschlittens bringt und daraus entnimmt, um es in das Werkzeugmagazin zurückzulegen. Im Bereich der Werkzeugaufnahme des Bearbeitungszentrums genügt es, wenn sich der Werkzeugschlitten bis zur Werkzeugaufnahme bewegt und diese Werkzeugaufnahme selber das Werkzeug aus dem Werkzeughalter entnimmt.

Vorzugsweise können jedoch die Mitnehmer am Steuerkettentrieb aus seitlich oder senkrecht vorstehenden Zapfen oder Blöcken und die Kupplungs- und Verriegelungsmittel aus am Werkzeugschlitten angelenkten Schwenkgabeln mit einem quer angeordneten, in den Endstellungen des Werkzeugschlittens einseitig in eine Verriegelungsraste der Führungsschiene einfallenden und sich dabei vom Steuerkettentrieb auskuppelnden, sowie sich in der Transportstellung des Werkzeugschlittens beidseitig auf der Führungsschiene im wesentlichen spielfrei abstützenden Verriegelungsarmpaaren bestehen. Durch diese Anordnung bleibt der Werkzeugschlitten in den Endstellungen verriegelt stehen, während der Steuerkettentrieb vom Werkzeugschlitten entkuppelt ist und weiter laufen kann, um andere Funktionen zu steuern.

Diese weiteren Funktionen lassen sich dadurch erreichen, daß der Steuerkettentrieb einen waagerechten, zur Führungsschiene für den Werkzeugschlitten mit dem Werkzeughalter parallelen Kettentrum und einen senkrechten, mit wenigstens einem weiteren, mit einem Lenkerparallelogramm für den Werkzeugschlitten mit dem Werkzeughalter zusammenwirkenden Klinkenschlitten kuppelbaren Kettentrum aufweist. Bei dieser Anordnung läuft der Steuerkettentrieb nach der Verschiebung des Werkzeugschlittens weiter und bewirkt über die Bewegung des Lenkerparallelogramms, daß der Werkzeugschlitten mit dem Werkzeughalter in den Bereich der Werkzeugaufnahme an dem Bearbeitungszentrum geschwenkt wird, so daß sich die Werkzeugaufnahme an dem Bearbeitungszentrum zur Übernahme eines neues Werkzeugs nicht zu bewegen braucht.

Vorzugsweise kann das Lenkerparallelogramm aus zwei parallelen, einerseits an ortsfesten Trägern schwenkbaren und andererseits an einem Führungsschienenteil angelenkten Hebeln bestehen, wovon wenigstens ein Hebel über einen Winkelarm und eine Kuppelstange mit dem weiteren, senkrecht verschiebbaren Klinkenschlitten gekuppelt ist. Um eine sichere Führung und Bewegung des Lenkerparallelogramms über eine Schwenkwinkel von 90° hinaus zu erreichen, können beide Hebel im Bereich der ortsfesten Anlenkung parallele, mittels einer Kuppelstange verbundene Winkelarme aufweisen. Diese Winkelarme übernehmen die Parallelführung, wenn das Führungsschienenteil und die beiden Hebel des Lenkerparallelogramms waagerecht fluchtend verschwenkt sind.

Je nachdem welche Art von Werkzeugen in die Werkzeugaufnahme an dem Bearbeitungszentrum eingesetzt werden und abhängig von der Art, wie die Werkzeughalter am verfahr- und verschwenkbaren Werkzeugschlitten ausgebildet sind, kann es vorteilhaft sein, den Werkzeugschlitten nach dem Einsetzen eines Werkzeugs in die Werkzeugaufnahme an dem Bearbeitungszentrum waagerecht zurückzufahren, um die Werkzeughalter am Werkzeugschlitten aus dem Bereich des Werkzeuges herauszubewegen. Dies läßt sich durch einen weiteren, endlos umlaufenden, mit dem ersten Steuerkettentrieb gekuppelten Steuerketten-Nebenantrieb mit einem waagerechten mit dem Werkzeugschlitten mit dem Werkzeughalter in der Werkzeugabgabe- und -aufnahmestellung im Bereich der Werkzeugaufnahme an dem Bearbeitungszentrum kuppelbaren Kettentrum erreichen. Mittels dieses Steuerketten-Nebenantriebs läßt sich der auf dem Führungsschienenteil des Lenkerparallelogramms verriegelte Werkzeugschlitten entriegeln und in eine Stellung zurückfahren, in der sich der Werkzeughalter am Werkzeugschlitten nicht mehr im Bereich des in die Werkzeugaufnahme an dem Bearbeitungszentrum eingesetzten Werkzeugs befindet. Während der Bearbeitung eines Werkstücks mit dem gerade eingesetzten Werkzeug kann der Werkzeugschlitten hochgeschwenkt in einer oberen Wartestellung oder herabgeschwenkt in einer unteren Wartestellung verharren, bis der Bearbeitungsvorgang mit dem gerade eingesetzten Werkzeug beendet ist und dieses Werkzeug wieder aus der Werkzeugaufnahme an dem Bearbeitungszentrum entnommen wird.

Um den Werkzeugwechsel weiter zu beschleunigen und um insbesondere den Entnahmevorgang aus dem Werkzeugmagazin zeitlich zu verkürzen, können zwei parallele, auf Führungsschienen verfahrbare Werkzeugschlitten mit je einem Werkzeughalter auf einer gemeinsamen Querführung angeordnet sein, wobei die Querbewegung der Werkzeugschlitten durch einen senkrecht geführten, mit dem senkrechten Kettentrum kuppelbaren und mit den beiden Werkzeugschlitten und ihren Führungsschienen über die senkrechte Klinkenschlittenbewegung in eine waagerechte Bewegung der beiden Werkzeugschlitten mit ihren Führungsschienen umlenkende Kupplungsmittel verbundenen, zusätzlichen Klinkenschlitten erreicht wird.

Die Kupplungsmittel können vorzugsweise aus einem parallel zur Querführung angeordneten, mit dieser verbundenen, über zwei parallele Kettenräder geführten Kettentrieb und einer einerseits an einem Kettenrad und andererseits an dem zusätzlichen Klinkenschlitten angreifenden Kuppelstange bestehen. Dabei kann die Kuppelstange unter einem solchen Winkel an dem Kettenrad angelenkt sein, daß dieses bei einer Auf- und Abbewegung des zusätzlichen Klinkenschlittens mit der Kuppelstange einen Totpunkt durchläuft und sich dabei insgesamt um mehr als 180° dreht. Auf diese Weise wird durch eine Auf- und Abbewegung des Klinkenschlittens eine Querbewegung der Werkzeugschlitten mit den Führungsschienen von einer Stellung, in der der eine Werkzeugschlitten mit dem Führungsschienenteil am Lenkerparallelogramm fluchtet, in eine Stellung, in der der andere Werkzeugschlitten mit seinen Führungsschienen mit dem Führungsschienenteil am Lenkerparallelogramm fluchtet, erreicht.

Um mit nur einem Antrieb sämtliche Bewegungen der Werkzeugübergabeeinheit zu steuern, sind die Mitnehmer an den Steuerkettentrieben so angeordnet und beabstandet, daß ein Werkzeugaufnahme- und -abgabezyklus, ausgehend von der Werkzeugaufnahme- und -abgabestellung im Bereich des Werkzeugmagazins, in folgenden Schritten abläuft:

• - Vorfahren des Werkzeugschlittens mit einem im Werkzeughalter aufgenommenen neuen Werkzeug auf das Führungsschienenteil des Lenkerparallelogramms,
• - Hochschwenken des Lenkerparallelogramms mit dem Werkzeugschlitten mit dem Werkzeughalter und Einsetzen des Werkzeugs in die Werkzeugaufnahme des Bearbeitungszentrums,
• - Zurückfahren des Werkzeugschlittens auf dem Führungsschienenteil in der oberen Stellung des Lenkerparallelogramms nach Festklemmen des Werkzeugs,
• - Herabschwenken des Lenkerparallelogramms mit dem Werkzeugschlitten in eine Wartestellung,
• - Hochschwenken des Lenkerparallelogramms mit dem Werkzeugschlitten mit dem Werkzeughalter,
• - Vorfahren des Werkzeugschlittens auf dem Führungsschienenteil in der oberen Stellung des Lenkerparallelogramms und Übernahme des gebrauchten Werkzeugs,
• - Herabschwenken des Lenkerparallelogramms mit dem Werkzeugschlitten und dem gebrauchten Werkzeug zum Fluchten mit der Führungsschiene an der Querführung,
• - Zurückfahren des Werkzeugschlittens mit dem gebrauchten Werkzeug vom Führungsschienenteil des Lenkerparallelogramms auf die Führungsschiene an der Querführung,
• - Querverfahren der beiden Werkzeugschlitten in einem Querverschiebwagen an der Querführung bis zum Fluchten eines Werkzeugschlittens mit einem neuen Werkzeug mit dem Führungsschienenteil des Lenkerparallelogramms.

Danach beginnt der vorbeschriebene Ablauf von neuem.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung der Werkzeugübergabeeinheit zwischen der Werkzeugaufnahme an einem Bearbeitungszentrum und einem Hochregal-Werkzeugmagazin,

Fig. 2 eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, einer Werkzeugwechselvorrichtung,

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Werkzeugwechselvorrichtung und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Werkzeugwechselvorrichtung.

Von einem Bearbeitungszentrum ist nur schematisch eine senkrechte Aufnahme 1 für ein Werkzeug 2, wie ein Drehstahl- oder ein Rotationswerkzeug (Bohrer, Fräser), dargestellt, das senkrecht von unten in die Aufnahme 1 eingeführt und dort festgeklemmt wird. Dies wird mittels einer Werkzeugwechselvorrichtung bewirkt, die an einem Gestell angeordnet ist, von dem parallele Längsträger 3, 4, 5, 6, 7 und Querträger 8, 9 dargestellt sind. Die Werkzeugwechselvorrichtung befindet sich zwischen der Werkzeugaufnahme 1 des Bearbeitungszentrums und einem Werkzeugroboter 10, der Werkzeuge 2 aus einem Hochregal-Werkzeugmagazin 11 entnimmt bzw. in dieses eingibt und an die Werkzeugwechselvorrichtung abgibt bzw. von dieser annimmt. Der Werkzeugroboter 10 und die Werkzeugwechselvorrichtung bilden eine Werkzeugübergabeeinheit zwischen dem Hochregal-Werkzeugmagazin und dem Bearbeitungszentrum.

An einem als Querführung ausgebildeten Querträger 8 ist ein querverfahrbarer Querverschiebewagen 12 mittels Rollenführungen 13 im wesentlichen spielfrei und kippgesichert geführt. Die Querbewegung des Querverschiebewagens 12 wird durch Anschläge 14 begrenzt.

An senkrechten Armen 15, die am Querverschiebewagen 12 befestigt sind, sind zwei parallele, waagerechte Führungsschienen 16 befestigt, auf denen zwei Werkzeugschlitten 17 mittels Rollenführungen 18 im wesentlichen spielfrei und kippgesichert geführt sind. An jedem Werkzeugschlitten 17 ist ein Rahmen 18 befestigt, der Werkzeughalter 20 zur Aufnahme eines Werkzeugs 2 aufweist.

An jedem Werkzeugschlitten 17 ist eine Schwenkgabel 21 befestigt, die jeweils ein Verriegelungsarmpaar 22 mit Stützrollen 23 aufweist.

In der in Fig. 3 dargestellten Stellung ist die Schwenkgabel 21 gekippt dargestellt, so daß ein Verriegelungsarm 22 mit seiner Stützrolle 23 in eine Verriegelungsraste 24 an der Führungsschiene 16 eingerastet ist. Dadurch ist die Bewegung des Werkzeugschlitten 17 nach links blockiert. Gleichzeitig liegt ein am Werkzeugschlitten 17 befestigter Anschlagpuffer 62 an einem Anschlagwinkel 63 an der Führungsschiene 16 an, so daß auf diese Weise eine eindeutige Positionierung des Werkzeugschlittens 17 gegeben ist. Fluchtend mit der Führungsschiene 16 ist ein Führungsschienenteil dargestellt, das Teil eines aus parallelen Hebeln 26, 28 gebildeten Lenkerparallelogramms ist. Die zur Anlenkung am Führungsschienenteil 25 entgegengesetzten Enden der Hebel 26, 28 sind an Konsolen 31, 32 angelenkt, die an dem Längsträger 3 bzw. dem Querträger 9 befestigt sind.

Im Bereich der Anlenkpunkte der Hebel 26, 28 an den Konsolen 31, 32 sind Winkelarme 27, 29 angeordnet, die mit den Hebeln 26, 28 drehfest verbunden sind und zu diesen unter einem Winkel von etwa 90° angeordnet sind. Diese Winkelarme 27, 29 sind durch eine Kuppelstange 30 miteinander verbunden, um auch dann noch eine einwandfreie Parallelbewegung der Hebel 26, 28 zu bewirken, wenn sich diese Hebel 26, 28 mit dem Führungsschienenteil 25 in einer im Einzelnen noch zu beschreibenden hochgeklappten und dabei im wesentlichen fluchtenden Stellung befinden.

Eine senkrecht aufragende Lagerplatte 33 ist an dem Längsträger 4 befestigt.

Während ein Antriebsmotor 34 mit zwei Kettenrädern 35, 36 am Längsträger 3 befestigt ist, dient die Lagerplatte 33 zur Lagerung eines Kettenspanners 38, von zwei senkrechten Schlittenführungen 39, 40 und von vier Umlenkritzeln 41, 42, 43, 44 für eine Steuerkette 37, die über das Kettenrad 36 am Antriebsmotor 34 und die bereits genannten Umlenkritzel 41 bis 44 und den Kettenspanner 38 geführt ist. Ein waagerechtes Kettentrum 45 der Steuerkette 37 ist im Bereich der Führungsschiene 16 und des Führungsschienenteils 25 angeordnet, während ein senkrechtes Kettentrum 46 parallel zu den senkrechten Schlittenführungen 39, 40 angeordnet ist. An der Steuerkette 37 sind Mitnehmerblöcke 47, 48, 49 befestigt, deren Funktion weiter unten erläutert wird.

Ein Klinkenschlitten 51 ist mittels einer Rollenführung 52 an der Schlittenführung 39 im wesentlichen spielfrei und kippgesichert geführt und weist ebenfalls eine Schwenkgabel 21 mit einem Verriegelungsarmpaar 22 und Stützrollen 23 auf. Für die Endstellungen des Klinkenschlittens 51 sind in der Schlittenführung 39 Verriegelungsrasten 53, 54 vorgesehen. Eine Kuppelstange 55 ist mit einem Ende an dem Klinkenschlitten 39 und mit dem anderen Ende am Winkelarm 27 des Hebels 26 angelenkt. Auf der Schlittenführung 40 ist ein weiterer Schlitten 56 in ähnlicher Weise wie die übrigen Schlitten im wesentlichen spielfrei und kippgesichert geführt. Auch dieser Klinkenschlitten 56 weist eine Schwenkgabel 21 mit einem Verriegelungsarmpaar 22 und Stützrollen 23 auf. Auf einer Schlittenführung 40 sind die Endstellungen des Klinkenschlittens 56 durch Verriegelungsrasten 64, 65 definiert. Der Klinkenschlitten 56 ist über eine Kuppelstange 57 mit einem Kettenrad 58 gekuppelt, über das eine Rollenkette 60 geführt ist. Diese Rollenkette 60 wird über ein weiteres Kettenrad 59 umgelenkt, wobei die Enden der Rollenkette 60 mittels eines Hebelpaars 61 und elastischen Anschlagpuffern 62, die sich an Anschlagwinkeln 63 abstützen, am Querverschiebewagen 12 befestigt sind.

Die Drehachsen der Kettenräder 58, 59 stehen senkrecht auf den Drehachsen des Antriebsmotors 34 und der davon angetriebenen Steuerkette 35, 37, 38, 41, 42, 43, 44. Dementsprechend verläuft die Bewegungsrichtung der Rollenkette 60 parallel zur Querführung 8.

Ein weiterer Steuerketten-Nebenantrieb aus einem Kettenrad 36 auf dem Antriebsmotor 34 und Umlenkritzeln 66, 67, 68 sowie einer Rollenkette 69 ist im Bereich zwischen dem Antriebsmotor 34 und der Werkzeugaufnahme 1 an der Werkzeugmaschine angeordnet und weist einen Mitnehmerzapfen bzw. Mitnehmerblock 70 auf.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Werkzeugwechselvorrichtung ist folgende:
In der ausgezogen dargestellten Stellung, in der sich der Werkzeugschlitten 17 in seiner Endstellung auf der Führungsschiene 16, der Klinkenschlitten 51 in seiner oberen Stellung, der zusätzlichen Klinkenschlitten 56 in seiner unteren und der Querverschiebewagen 12 in seiner rechten Stellung befinden, fluchtet das Führungsschienenteil 25 mit der Führungsschiene 16.

In dieser Stellung kann der Werkzeugroboter 10 ein gebrauchtes Werkzeug 2 aus dem Werkzeughalter 20 am Werkzeugschlitten 17 entnehmen, in dem Hochregal-Werkzeugmagazin 11 ablegen, daraus ein neues Werkzeug 2 entnehmen und in den Werkzeughalter 20 am Werkzeugschlitten 17 einsetzen. Der Mitnehmerblock 47 befindet sich am waagerechten Kettentrum 45 im Bereich des Umlenkritzels 43 und beginnt seinen Eingriff in die Schwenkgabel 21. Wird der Antriebsmotor 34 im Uhrzeigersinn gedreht, bewegt sich das waagerechte Kettentrum 45 mit dem Mitnehmerblock 47 nach links und schwenkt die Schwenkgabel 21 ebenfalls nach links, bis der Verriegelungsarm 22 mit der Stützrolle 23 aus der Verriegelungsraste 24 ausgehoben ist und sich die gegenüberliegende Stützrolle 23 auf der Führungsschiene 16 abstützt. Nunmehr wird der Werkzeugschlitten 17 durch die angetriebene Kette mit dem Mitnehmerblock 47 nach links bewegt, wobei beide Rollen 23 auf der Oberkante der Führungsschiene abrollen, so daß der Mitnehmerblock 47 nicht außer Eingriff mit der Schwenkgabel 21 gelangen kann.

Der Werkzeugschlitten 17 wird entlang der Führungsschiene 16 bis auf das Führungsschienenteil 25 des Lenkerparallelogramms gefahren, und zwar soweit, bis der linke Verriegelungsarm 22 mit seiner Stützrolle 23 in die Verriegelungsraste 50 im Führungsschienenteil 25 einfällt. Dabei schwenkt die Schwenkgabel 21 nach links und gibt den Mitnehmerblock 47 frei, der sich um das Umlenkrad 44 herum auf das Antriebskettenrad 35 zubewegt.

Nachdem der Mitnehmerblock 47 außer Eingriff mit der Schwenkgabel 22 am Werkzeugschlitten 17 gekommen ist, gelangt ein Mitnehmerblock 48 am senkrechten Kettentrum 46 in Eingriff mit der Schwenkgabel 22 am Klinkenschlitten 51 und bewegt diesen nach unten. Über die Kuppelstange 55 und den Winkelarm 27 wird das aus den Hebel 26, 28 und das Führungsschienenteil 25 gebildete Lenkerparallelogramm verschwenkt, wobei das Werkzeug 2 in die strichpunktierte Stellung (Fig. 3) im Bereich der Werkzeugaufnahme 1 gelangt und dort festgeklemmt wird.

Um die Werkzeughalter 20 vom Werkzeug 2 zu lösen, wird der Werkzeugschlitten 17 in der hochgeschwenkten Stellung zurückgefahren. Zu diesem Zweck ist ein nur strichpunktiert angedeuteter Steuerketten-Nebenantrieb 69 mit einem waagerechten Kettentrum 71 im Bereich des hochgeschwenkten Schlittens angeordnet, so daß ein Mitnehmerzapfen oder Mitnehmerblock 70 in Eingriff mit der Schwenkgabel 22 am Schlitten 17 gelangen kann. Da sich das Kettentrum 71 bei einer Drehung des Antriebsmotors im Uhrzeigersinn nach rechts bewegt, wird dadurch der Werkzeugschlitten 17 aus dem Bereich der Werkzeugaufnahme 1 nach rechts heraus gezogen. In dieser Stellung kann der Werkzeugschlitten 17 verharren, bis der Bearbeitungsvorgang mit dem Werkzeug 2 beendet ist oder kann durch eine Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors 34 in eine Wartestellung herab geschwenkt werden.

Während der Werkzeugschlitten 17 in Wartestellung auf die Zurücknahme des nicht mehr gebrauchten Werkzeugs 2 wartet, entnimmt der Werkzeugroboter 10, der in allen drei Achsenrichtungen verfahrbar ist, das nächste benötigte Werkzeug 2 aus dem Hochregal-Werkzeugmagazin 11 und übergibt es an den Werkzeughalter 20 des zweiten am Querverschiebwagen 12 befestigten Werkzeugschlittens 17.

Um das nicht mehr benötigte Werkzeug 2 aus dem Werkzeughalter 1 zu entnehmen, wird der Werkzeugschlitten 17 wieder vorgefahren, die Verspannung des Werkzeugs 2 im Werkzeughalter 1 wird gelöst und der Werkzeugschlitten 17 wird durch Bewegungsumkehr des Antriebsmotors 34 herabgeschwenkt, bis das Führungsschienenteil 25 wieder mit der Führungsschiene 16 fluchtet. Daraufhin wird der Werkzeugschlitten 17 durch eine weitere Drehbewegung des Antriebsmotors 34 in die in Fig. 3 dargestellte Stellung zurückgefahren. Durch eine weitere Drehung des Antriebsmotors 34 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gelangt der Mitnehmerblock 49 in Eingriff mit der Schwenkgabel 22 am Klinkenschlitten 56 und bewegt diesen nach oben. Dadurch wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich, das Kettenrad 58 im Uhrzeigersinn in Drehung versetzt. Dies bewirkt, daß der Querverschiebewagen 12 nach links bewegt wird. Um zu erreichen, daß sich der Klinkenschlitten 56 in jeder Endstellung des Querverschiebewagen 12 in der in Fig. 3 dargestellten Stellung befindet, wird die Drehrichtung des Antriebsmotors 34 genau dann umgekehrt, wenn sich der Klinkenschlitten 56 in seiner oberen Stellung und damit die Kuppelstange 57 im Totpunkt befindet. Durch den Hub, den der Querverschiebewagen 12 erhält, gleitet er über diesen Totpunkt hinaus, so daß durch eine Bewegungsumkehr des Klinkenschlittens 56 die Weiterbewegung des Querverschiebewagens 12 bis zur Berührung mit dem linken Anschlag 14 erfolgt, wobei sich der Klinkenschlitten 56 dann wieder in seiner unteren Stellung befindet, die Kuppelstange 57 jedoch, wie strichpunktiert angedeutet, zur rechten Seite ausgeschwenkt ist. Auf diese Weise läßt sich mit dem Hub des Klinkenschlittens 56 der doppelte Querverschiebeweg des Querverschiebewagens 12 erreichen, wobei sich nach Beendigung der Querverschiebung, unabhängig davon, welcher der beiden Werkzeugschlitten 17 fluchtend zum Führungsschienenteil 25 verschoben ist, die erneute Verschiebung eines Werkzeugschlittens 17 von der Führungsschiene 16 auf das Führungsschienenteil 25 unmittelbar anschließen kann.

Es ergibt sich somit, das mit nur einem Antriebsmotor und damit gekuppelten Steuerketten ein zwangsläufiger Bewegungsablauf der Werkzeugübergabeeinheit erreichbar ist, der aufgrund der geringen bewegten Massen sehr schnell ablaufen kann, so daß sich bei Verwendung in Verbindung mit einer kombinierten Senkrechtdrehmaschine und Fräsmaschine eine Verkürzung der Werkzeugwechselzeit von üblichen fünfundvierzig Sekunden auf etwa fünfzehn Sekunden mit der erfindungsgemäßen Werkzeugübergabeeinheit erreichen läßt.

Claims (10)

1. Bearbeitungszentrum mit einem benachbarten Hochregal-Werkzeugmagazin, einem ein Werkzeug aus dem Hochregal-Werkzeugmagazin entnehmenden und zurücklegenden Werkzeugroboter und einer Werkzeugwechselvorrichtung mit mindestens einem vom Übergabebereich des Werkzeugroboters bis zur Werkzeugaufnahme des Bearbeitungszentrums bewegbaren Werkzeughalter, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugwechselvorrichtung aus zwei im Bereich des Werkzeugroboters (1) quer verschiebbaren Werkzeugschlitten (17) mit je einem Werkzeughalter (20) für ein Werkzeug (2) an jedem Werkzeugschlitten (17) besteht.

2. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - wenigstens einen endlos umlaufenden Steuerkettenantrieb (34, 36, 37)
• - mit dem Steuerkettenantrieb kuppelbare, von einer Werkzeugaufnahme- und -abgabestellung im Bereich des Werkzeugmagazins (11) in dem Bereich der Werkzeugaufnahme (1) auf Führungsschienen (16, 25) verfahrbare Werkzeugschlitten (17) und
• - Mitnehmer (47, 48, 49) am Steuerkettenantrieb (34, 36, 37) sowie mit den Mitnehmern zusammenwirkende in den Endstellungen der Werkzeugschlitten (17) auskuppelnde und verriegelnde sowie in der Transportstellung einkuppelnde Kupplungs- und Verriegelungsmittel (21, 22, 23) am Schlitten (17).

3. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer am Steuerkettentrieb (34, 36, 37) aus seitlich oder senkrecht vorstehenden Zapfen oder Blöcken (47, 48, 49) und die Kupplungs- und Verriegelungsmittel aus am Werkzeugschlitten (17) angelenkten Schwenkgabeln (21) mit einem quer angeordneten, in den Endstellungen des Werkzeugschlittens einseitig in eine Verriegelungsraste (24, 50) an der Führungsschiene einfallenden und sich dabei vom Steuerkettentrieb auskuppelnden sowie in der Transportstellung des Werkzeugschlittens beidseitig auf der Führungsschiene im wesentlichen spielfrei abstützenden Verriegelungsarmpaaren (22) bestehen.

4. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkettentrieb (34, 36, 37) ein waagerechtes, zur Führungsschiene für den Werkzeugschlitten (17) mit dem Werkzeughalter (20) paralleles Kettentrum (45) und ein senkrechtes, mit wenigstens einem weiteren mit einem Lenkerparallelogramm (26, 28) für den Werkzeugschlitten (17) mit dem Werkzeughalter (20) zusammenwirkende Klinkenschlitten (51) kuppelbares Kettentrum (46) aufweist.

5. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das das Lenkerparallelogramm aus zwei parallelen, einerseits schwenkbar an ortsfesten Trägern (3, 9, 31, 32) und andererseits an einem Führungsschienenteil (25) angelenkten Hebeln (26, 28) besteht, wovon wenigstens ein Hebel (26) über einen Winkelarm (27) und eine Kuppelstange (55) mit dem weiteren, senkrecht verschiebbaren Klinkenschlitten (51) gekuppelt ist.

6. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Hebel (26, 28) im Bereich der ortsfesten Anlenkung parallele, mittels einer Kuppelstange (30) verbundene Winkelarme (27, 29) aufweisen.

7. Bearbeitungszentrum nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch einen weiteren, endlos umlaufenden, mit dem ersten gekuppelten Steuerkettentrieb (35, 39) mit einem waagerechten, mit dem Werkzeugschlitten (17) mit dem Werkzeughalter (20) in der Werkzeugabgabe- und -aufnahmestellung im Bereich der Werkzeugaufnahme an der Werkzeugmaschine kuppelbaren Kettentrum (71).

8. Bearbeitungszentrum nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch zwei parallele auf Führungsschienen (16) verfahrbare Werkzeugschlitten (17) mit je einem Werkzeughalter (20), eine gemeinsame Querführung (8) für beide Werkzeugschlitten (17) mit ihren Führungsschienen (16) und einem senkrechten geführten, mit dem senkrechten Kettentrum (46) kuppelbaren und mit den beiden Werkzeugschlitten (17) und ihren Führungsschienen (16) und mit die senkrechte Schlittenbewegung in eine waagerechte Bewegung der beiden Schlitten (17) mit ihren Führungsschienen (16) umlenkenden Kupplungsmittel (57, 58, 59, 60) verbundenen zusätzlichen Werkzeugschlitten (56).

9. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel aus einem parallel zur Querführung (8) angeordneten, mit dieser verbundenen, über zwei parallele Kettenräder (58, 59) geführten Steuerkettentrieb (60) und einer einerseits an einem Kettenrad (58) und andererseits am zusätzlichen Klinkenschlitten (56) angreifenden Kuppelstange (57) bestehen.

10. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppelstange (57) unter einem solchen Winkel an dem Kettenrad (58) angelenkt ist, daß dieses bei einer Auf- und Abbewegung des zusätzlichen Klinkenschlittens (56) mit der Kuppelstange einen Totpunkt durchläuft und sich dabei um insgesamt mindestens 180° dreht.