ITMI971307A1

ITMI971307A1 - TOOL CHANGE SYSTEM FOR MACHINING CENTERS

Info

Publication number: ITMI971307A1
Application number: IT97MI001307A
Authority: IT
Inventors: Romano Ceriani; Mario Sichel
Original assignee: Th Machining Center S R L
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 1998-12-03
Also published as: ITMI971307A0; IT1292071B1

Description

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: “Sistema di cambio utensili per centri di lavoro.” Description of the patent application for industrial invention entitled: "Tool change system for machining centers."

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L’invenzione si riferisce ad un sistema di cambio utensili per centri di lavoro sostanzialmente costituito dall’abbinamento di due rastrelliere fisse, preferibilmente con egual numero di vani porta utensili, poste ai lati della testa operatrice centrale, e di due colonnine, dotate di pinze elastiche di presa, applicate lungo il bordo allineato alle stesse rastrelliere, del carrello mobile porta pezzi da lavorare. L’interasse tra le pinze elastiche di presa poste sulle colonnine del carrello mobile è preferibilmente ma non limitatamente uguale a quello dei vani delle due rastrelliere, di corrispondente posizione. The invention refers to a tool change system for machining centers substantially constituted by the combination of two fixed racks, preferably with the same number of tool holders, placed on the sides of the central operating head, and of two columns, equipped with pliers gripping elastic, applied along the edge aligned with the racks themselves, of the mobile trolley for workpieces. The center distance between the elastic grippers placed on the columns of the mobile trolley is preferably but not limitedly equal to that of the compartments of the two racks, of corresponding position.

Mediante movimenti ortogonali di spostamento longitudinale e trasversale del carrello mobile, le pinze di presa sono rispettivamente allineabili ai vani porta utensili delle suddette rastrelliere ed al mandrino porta utensile della testa operatrice centrale. By means of orthogonal movements of longitudinal and transverse displacement of the movable carriage, the gripping pliers are respectively aligned with the tool holder compartments of the aforementioned racks and with the tool holder spindle of the central operating head.

L’elasticità delle suddette pinze consente la facile ed automatica presa e/o rilascio degli utensili dai vani delle rastrelliere e dal mandrino della testa centrale. Le rastrelliere sono dotate di morsetti multipli di bloccaggio/sbloccaggio degli utensili nei vani per consentire un loro adeguato sostentamento allineato e per operare congiuntamente con le pinze elastiche durante le fasi di presa e/o rilascio degli utensili medesimi per il loro cambio e/o sostituzione. The elasticity of the aforementioned pliers allows the easy and automatic gripping and / or release of the tools from the racks compartments and from the spindle of the central head. The racks are equipped with multiple clamps for locking / unlocking the tools in the compartments to allow them to be adequately supported and aligned and to operate jointly with the elastic pliers during the gripping and / or release phases of the tools themselves for their change and / or replacement. .

E’ noto che gli attuali centri di lavoro sono dotati di cosiddetti magazzini porta utensili nei quali gli utensili stessi sono posizionati,seondo eventuali preforiti ordinamenti o coordinti con indirizzi programmati, in appositi vani che, di volta in volta e in finizione delle esigenze di lavoro, entrano in relazione di allineamento con doppie pinze rotanti. Queste ultime, automaticamente, provvedono all’estrazione dell’utensile preposto, al suo allineamento col mandrino della testa operatrice, al suo inserimento nel mandrino stesso ed al suo rilascio, con contemporanea operazione inversa di estrazione dal mandrino di un altro utensile e scarico dello stesso nel magazzino porta utensile. It is known that current machining centers are equipped with so-called tool-holder magazines in which the tools themselves are positioned, according to any pre-drilled ordering or coordinated with programmed addresses, in special compartments which, from time to time and in order to finish the work needs , enter into alignment relationship with double rotating grippers. The latter automatically provide for the extraction of the tool in charge, for its alignment with the spindle of the operating head, for its insertion into the spindle itself and for its release, with simultaneous reverse operation of extracting another tool from the spindle and unloading it. in the tool holder magazine.

Sebbene detti dispositivi offrano ottime prestazioni di lavoro e consentano il contenimento di una buona quantità di utensili diversi con sostituzioni precise e sufficientemente rapide, presentano però l’inconveniente di essere tecnicamente complessi, di comprendere una notevole quantità di sistemi di comando di azionamento, di rotazione e di allineamento, che risultano sostanzialmente molto costosi e che richiedono un considerevole impegno, in tempo e mano d’opera, per i controlli generali e la manutenzione. Although said devices offer excellent working performance and allow the containment of a good quantity of different tools with precise and sufficiently rapid replacements, however, they have the drawback of being technically complex, of including a considerable quantity of drive and rotation control systems. and alignment, which are substantially very expensive and which require a considerable effort, in time and manpower, for general checks and maintenance.

In particolare, gli attuali magazzini sono sostanzialmente costituiti da giostre verticali sulla cui circonferenza sono regolarmente allineati dei vani porta utensili che, in condizioni non operative di semplice supporto degli utensili, sono disposti con orientamento orizzontale. Questo per esigenze di spazio e per garantire anche il caricamento di utensili di considerevole lunghezza. Ogni vano porta utensili è però dotato di un sistema meccanico o idraulico di rotazione per convertire la sua posizione orizzontale in posizione verticale, utile all’ allineamento con la doppia pinza di presa/rilascio e di allineamento col mandrino della testa operatrice, adeguatamente orientato. In particular, the current magazines are substantially constituted by vertical carousels on whose circumference tool-holder compartments are regularly aligned which, in non-operating conditions of simple tool support, are arranged in a horizontal orientation. This is due to space requirements and also to guarantee the loading of tools of considerable length. Each tool compartment, however, is equipped with a mechanical or hydraulic rotation system to convert its horizontal position into a vertical position, useful for alignment with the double gripping / release pliers and alignment with the spindle of the operating head, properly oriented.

E’ quindi evidente, come già specificato in precedenza, che i mezzi di rotazione della giostra, per portare in allineamento i vani porta utensili con la stazione di carico/scarico degli stessi sulla o dalla doppia pinza, e i mezzi di rotazione orizzontale/verticale di ognuno dei vani stessi, costituiscono insiemi alquanto complessi e costosi. It is therefore evident, as already specified above, that the rotation means of the carousel, to bring the tool holders into alignment with the loading / unloading station of the same on or from the double gripper, and the horizontal / vertical rotation means of each of the compartments themselves constitute quite complex and expensive ensembles.

Scopo del presente trovato è quello di eliminare i suddetti inconvenienti. L’invenzione, quale essa è caratterizzata dalle rivendicazioni, risolve il problema per mezzo di un sistema di cambio utensili per centri di lavoro mediante il quale si ottengono i seguenti risultati: i magazzini porta utensili sono sostanzialmente doppi, di tipo fìsso, e sono disposti ai lati della testa operatrice centrale; i due magazzini porta utensili sono sostanzialmente e preferibilmente, ma non limitatamente, uguali, simmetricamente posizionati ai lati della testa operatrice verticale e costituiscono rastrelliere con apertura frontale, di supporto degli utensili; ogni rastrelliera è dotata di un morsetto multiplo di bloccaggio/sbloccaggio degli utensili inseriti nei propri vani, che opera simultaneamente su tutti i vani medesimi; le rastrelliere sono allineate parallelamente al carrello mobile orizzontale, con moto traslatorio longitudinale e trasversale, di supporto e vincolo dei pezzi da lavorare; il carrello mobile orizzontale è dotato, sul lato parallelo e adiacente alle rastrelliere, di dui colonnine con pinze elastiche di presa/rilascio, allineabili ai vani porta utensili delle rastrelliere stesse; l' interesse delle pinze elastiche e quello dei vani delle rastrelliere corrispondenti alla medesima posizione sonò, preferibilmente ma non limitatamente, corrispondenti; le stesse pinze elastiche sono allineabili al mandrino della testa operatrice centrale orientabile; gii allineamenti contemporanei di presa/scarico delle due pinze elastiche coi vani porta utensili delle due rastrelliere, e l' allineamento sequenziale delle pinze elastiche col mandrino della testa operatrice centrale, sono determinati coi movimenti trasversali e longitudinali propri del carrello di supporto e vincolo dei pezzi in lavoro. The purpose of the present invention is to eliminate the aforementioned drawbacks. The invention, as it is characterized by the claims, solves the problem by means of a tool change system for machining centers through which the following results are obtained: the tool magazines are substantially double, of the fixed type, and are arranged on the sides of the central operating head; the two tool magazines are substantially and preferably, but not limitedly, the same, symmetrically positioned at the sides of the vertical operating head and constitute racks with front opening, for supporting the tools; each rack is equipped with a multiple clamp for locking / unlocking the tools inserted in its own compartments, which operates simultaneously on all the same compartments; the racks are aligned parallel to the horizontal mobile carriage, with longitudinal and transverse translational motion, to support and constrain the pieces to be machined; the horizontal mobile trolley is equipped, on the parallel side and adjacent to the racks, with two columns with elastic gripping / releasing pliers, which can be aligned with the tool holders of the racks themselves; the interest of the elastic grippers and that of the compartments of the racks corresponding to the same position are, preferably but not limitedly, corresponding; the same elastic pliers can be aligned with the mandrel of the central swiveling operating head; The simultaneous alignment of gripping / unloading of the two elastic grippers with the tool holder compartments of the two racks, and the sequential alignment of the elastic grippers with the mandrel of the central operating head, are determined with the transverse and longitudinal movements of the support carriage and constraint of the pieces in work.

I vantaggi conseguiti mediante il presente trovato consistono essenzialmente nel fatto che tutta la configurazione del sistema risulta estremamente semplicé, molto economica e non richiede particolari accorgimenti di controllo e/o di manutenzione; le rastrelliere, costituenti i magazzini porta utensili, sono fisse e dispongono, ciascuna, di un solo comando di apertura/chiusura di un morsetto multiplo di sbloccaggio/bloccaggio degli utensili, che opera solo durante le fasi di prelievo e di deposito degli utensili stessi; le pinze di presa operano al prelievo e/o al rilascio degli utensili in modo indiretto, in virtù della loro naturale elasticità di apertura/chiusura, e dei movimenti traslatori longitudinali e trasversali naturali del carrello mobile porta pezzi da lavorare; le colonnine porta pinze sono fisse su detto carrello e sono disposte lungo il suo lato prospiciente le rastrelliere in posizione esterna, al di fuori della zona operativa della testa centrale di lavoro. The advantages achieved by the present invention essentially consist in the fact that the whole configuration of the system is extremely simple, very economical and does not require particular control and / or maintenance measures; the racks, making up the tool magazines, are fixed and each have a single opening / closing command of a multiple tool unlocking / locking clamp, which operates only during the picking and depositing phases of the tools themselves; the grippers operate the picking and / or releasing of the tools indirectly, by virtue of their natural opening / closing elasticity, and the natural longitudinal and transverse translational movements of the mobile carriage carrying the pieces to be worked; the pliers holder columns are fixed on said carriage and are arranged along its side facing the racks in an external position, outside the operating area of the central working head.

L’invenzione viene descritta più in dettaglio nel seguito, secondo una sua forma realizzativa data a solo scopo esemplificativo e non limitativo, con riferimento agli allegati disegni, in cui: The invention is described in more detail below, according to one of its embodiments given for illustrative and non-limiting purposes only, with reference to the attached drawings, in which:

la figura 1 rappresenta la vista frontale di un centro di lavoro dotato del sistema di cambio utensili oggetto del trovato; Figure 1 is a front view of a work center equipped with the tool change system according to the invention;

la figura 2 rappresenta lo stesso centro di lavoro della figura 1 visto lateralmente; figure 2 represents the same work center of figure 1 seen from the side;

la figura 3 rappresenta la vista in pianta dello stesso centro di lavóro, e figure 3 represents the plan view of the same work center, and

la figura 4 rappresenta una parziale vista laterale ingrandita di una rastrelliera allineata ad una colonnina porta pinza, con la medesima rappresentata anche in pianta. Figure 4 is a partial enlarged side view of a rack aligned with a collet-holder column, with the same also shown in plan.

Le figure illustrano un sistema di cambio utensile applicato ad un centro di lavoro 1, con testa operatrice centrale, verticale 2, sostanzialmente costituito da due rastrelliere 3, disposte simmetricamente ai lati della testa 2 e comprendente una pluralità di vani 4 a forma semicircolare con apertura anteriore 5. The figures illustrate a tool change system applied to a machining center 1, with a central, vertical operating head 2, substantially constituted by two racks 3, symmetrically arranged on the sides of the head 2 and comprising a plurality of semicircular shaped compartments 4 with opening front 5.

Ogni rastrelliera 3 è dotata di un morsetto multiplo 6 le cui ganasce 7 sono presenti in allineamento con ciascun vano 4. I morsetti multipli 6 sono impegnati con gli steli 8 di cilindri azionatoli 9, e comprendono dei mezzi di regolazione della loro corsa, ad esempio del tipo a vite con battuta 17. Each rack 3 is equipped with a multiple clamp 6 whose jaws 7 are present in alignment with each compartment 4. The multiple clamps 6 are engaged with the rods 8 of actuated cylinders 9, and comprise means for adjusting their stroke, for example screw type with stop 17.

Le rastrelliere 3 sono rigidamente vincolate su supporti 10, integrali alla struttura portante del centro di lavoro 1, in allineamento parallelo col carrello mobile orizzontale 11 di supporto e vincolo dei pezzi da sottoporre a lavorazione meccanica. The racks 3 are rigidly constrained on supports 10, integral with the supporting structure of the work center 1, in parallel alignment with the horizontal movable carriage 11 for supporting and constraining the pieces to be subjected to mechanical processing.

Con pari allineamento, alle estremità del lato 12 del carrello mobile 11, prospiciente e parallelo alle rastrelliere 3, sono posizionate due colonnine 13 sulle quali sono impegnate delle pinze elastiche di presa 14, vincolate lungo la loro parte posteriore 15 e con le aperture anteriori sagomate 16 allineate orizzontalmente con gli anelli di présa 18 degli utensili 19, impegnati nei vani 4 delle rastrelliere stesse. With the same alignment, at the ends of the side 12 of the movable carriage 11, facing and parallel to the racks 3, two columns 13 are positioned on which elastic gripping pliers 14 are engaged, constrained along their rear part 15 and with the shaped front openings 16 aligned horizontally with the clamping rings 18 of the tools 19 engaged in the compartments 4 of the racks themselves.

Le colonnine 13 sono, preferibilmente ma non limitatamente, vincolabili al carrello mobile 11 con mezzi analoghi e tradizionali utilizzati per il vincolo dei pezzi da lavorare; in tal modo esse possono essere collocate nella posizione preferita in funzione dell’interasse dei corrispondenti vani 4 delle due rastrelliere 3 associate, per consentire una programmazione simultanea di prelievo/scarico degli utensili con un solo posizionamento del carrello 11, oppure per consentire il loro più adeguato posizionamento, al di fuori del campo di manovra della testa operatrice durante le lavorazioni. The columns 13 are, preferably but not limitedly, connectable to the movable carriage 11 with analogous and traditional means used for fastening the pieces to be machined; in this way they can be placed in the preferred position according to the center distance of the corresponding compartments 4 of the two associated racks 3, to allow simultaneous programming of the picking up / unloading of the tools with a single positioning of the carriage 11, or to allow their more adequate positioning, outside the operating range of the operating head during machining.

La configurazione a filo unico in materiale elastico, quale filo armonico o simili, delle pinze elastiche 14, pur essendo la preferita in quanto molto semplice, economica ed efficace, è data a puro scopo esemplificativo e non limitativo. E’ infatti evidente che le dette pinze possono essere configurate anche in altro modo, quali due bracci contrapposti fulcrati nella parte centrale e dotati di mezzi elastici di contrasto all’apertura/chiusura, quali molle e simili, od altri organi simili meccanicamente idonei, auto azionati. Utilizzando i naturali movimenti di traslazione orizzontale, longitudinale e trasversale del carrello mobile 11, il prelievo o il deposito, indipendente o simultaneo, degli utensili 19, prevede l'avvicinamento del carrello stesso alle rastrelliere 3, con l’allineamento delle pinze elastiche 14 ai vani 4 previsti e programmati. The configuration with a single thread made of elastic material, such as harmonic thread or the like, of the elastic pliers 14, while being the preferred one since it is very simple, economical and effective, is given purely by way of non-limiting example. It is in fact evident that said pliers can also be configured in another way, such as two opposing arms pivoted in the central part and equipped with elastic means for contrasting the opening / closing, such as springs and the like, or other similar mechanically suitable members, self operated. Using the natural movements of horizontal, longitudinal and transversal translation of the mobile trolley 11, the independent or simultaneous withdrawal or deposit of the tools 19 involves the approach of the trolley itself to the racks 3, with the alignment of the elastic grippers 14 to the 4 rooms planned and programmed.

Supponendo di dover fare una sostituzione di un utensile già utilizzato con un utensile utile alla successiva fase operativa, una prima pinza 14 viene allineata al mandrino della testa operatrice 2 e sospinta verso di essa fino ad introdurre, elasticamente, la stessa pinza sull’anello di presa 18 dell’utensile da sostituire, che viene sganciato dal mandrino. Assuming that it is necessary to replace a tool already used with a tool useful for the subsequent operating phase, a first collet 14 is aligned with the spindle of the operating head 2 and pushed towards it until the same collet is elastically introduced onto the ring socket 18 of the tool to be replaced, which is released from the mandrel.

Successivamente, il carrello mobile 1 1 viene fatto spostare fino ad allineare la pinza suddetta, con relativo utensile da sostituire, col vano 4 vuoto, previsto e programmato per accogliere l’utensile stesso, presente su una delle rastrelliere 3. Contemporaneamente, la traslazione del carrello 1 1 porta la seconda pinza 14, dell’altra colonnina 13, in allineamento con un vano 4 dell’altra rastrelliera 3, dove è collocato l’utensile 19 utile per la successiva lavorazione. La traslazione trasversale del carrello 11 porta così, in fase contemporanea, l’utensile già utilizzato all’interno del vano libero di una rastrelliera e la pinza elastica dell’altra colonnina in impegno con l’utensile presente nel vano dedicato dell’altra rastrelliera, mentre i morsetti multipli 6 operano in chiusura, sulla rastrelliera in cui è depositato l’utensile già usato, e in apertura sulla rastrelliera da cui viene estratto il nuovo utensile. H ritorno del carrello permette il distacco elastico della pinza dall’utensile già usato e trattenuto dal morsetto, e l’asportazione del nuovo utensile impegnato nell’altra pinza col morsetto multiplo sollevato. In successione l’utensile nuovo viene portato in allineamento col mandrino ed impegnato alla testa operatrice. Subsequently, the mobile carriage 11 is made to move until the aforementioned gripper, with the relative tool to be replaced, is aligned with the empty compartment 4, provided and programmed to accommodate the tool itself, present on one of the racks 3. At the same time, the translation of the carriage 1 1 carries the second gripper 14, of the other column 13, in alignment with a compartment 4 of the other rack 3, where the tool 19 useful for subsequent processing is located. The transverse translation of the carriage 11 thus brings, at the same time, the tool already used inside the free compartment of one rack and the elastic gripper of the other column in engagement with the tool present in the dedicated compartment of the other rack, while the multiple clamps 6 operate in closing, on the rack in which the already used tool is deposited, and in opening on the rack from which the new tool is extracted. The carriage return allows the elastic detachment of the gripper from the tool already used and retained by the clamp, and the removal of the new tool engaged in the other gripper with the multiple clamp raised. In succession, the new tool is brought into alignment with the spindle and engaged with the operating head.

E’ evidente che tali fasi, pur essendo preferibilmente programmabili con simultaneità per dimezzare i tempi morti di lavorazione, possono essere programmate anche in sequenza non simultanea, in funzione delle esigenze di lavorazione. It is clear that these phases, although preferably programmable with simultaneity to halve the processing dead times, can also be programmed in non-simultaneous sequence, depending on the processing needs.

Mentre la presente invenzione è stata descritta ed illustrata secondo una sua forma realizzativa data a solo scopo esemplificativo e non limitativo, risulterà evidente agli esperti del ramo che varie modifiche alla struttura, alla forma, ai mezzi di impegno e vincolo, all’organizzazione dei componenti ed agli orientamenti del sistema potranno essere apportate, senza per questo uscire dai suo ambito e scopo. While the present invention has been described and illustrated according to an embodiment thereof given for illustrative and non-limiting purposes only, it will be clear to those skilled in the art that various modifications to the structure, shape, engagement and constraint means, organization of the components and the orientations of the system can be made, without thereby departing from its scope and purpose.

Claims

CLAIMS 1. Tool change system for machining centers (1), comprising a central operating head (2) and a carriage (11) for supporting and restraining the pieces to be machined equipped with orthogonal feed and translation movements, characterized by the fact that comprise a pair of fixed racks, or fixed tool holders (3), arranged on the sides of the aforementioned operating head (2) and oriented parallel to said carriage (11) on which two columns (13) are engaged which support as many elastic grippers ( 14) which can be aligned with the compartments (4) of the aforementioned racks (3), in which the tools (19) are located; the aforesaid compartments (4) comprise front openings (5) and are coupled to multiple clamps (6) which operate in closing and / or opening with respect to the tools engaged in said compartments; said elastic grippers (14) of said columns (13) can be alternatively aligned to said compartments (4), of said racks (3), and to the mandrel of the central operating head (2) in relation to the longitudinal and transversal translators of said carriage mobile (1 1), to support and constrain the pieces to be machined.

2. Tool changing system according to claim 1, characterized in that the columns (13), supporting and constraining the elastic grippers (14) which can be aligned with the compartments (4) of the fixed racks (3), are engaged on the edge (12 ), facing the racks themselves, of the mobile trolley (11) through adjustable or fixed means with provision, or without provision, for staging with center distance corresponding, or not corresponding, to the center distance of programmed positions, corresponding or not corresponding, of compartments ( 4) of the two racks (3).

3. Tool change system according to claims 1 and 2, characterized in that the multiple clamps (6) are commanded in opening and / or closing through the engagement with the rods (8) of actuating cylinders (9) and the control stroke by means of adjusters (17).

4. Tool change system according to claims 1 to 3, characterized in that the elastic pliers (14) are aligned with the tool holders (4) compartments (19), of the racks (3), at the height of the grip (18) of the tools themselves.

5. Tool change system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the support columns (13) for the elastic grippers (14) can be engaged on the carriage (11) outside the working area of the operating head ( 2).

6. Tool change system according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic pliers (14) are made of harmonic wire or other suitable elastic material, or other configuration with movable jaws and elastic return means.