DD237807A1

DD237807A1 - Einrichtung fuer den automatischen werkzeugwechsel an werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DD237807A1
Application number: DD85276842A
Authority: DD
Inventors: Hans Hepke; Horst Schlegel
Original assignee: Mikromat Dresden Betrieb
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1986-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung fuer den automatischen Werkzeugwechsel an Werkzeugmaschinen. Anwendungsgebiet der Erfindung sind Zweistaender-Portalmaschinen. Ziel der Erfindung ist eine mit wenig Funktionselementen realisierbare, geringe Werkzeugwechselzeit. Es besteht die Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, die mit einem Minimum an Bewegungen und Antrieben fuer einen universellen Werkzeugwechsel einsetzbar ist. Erfindungsgemaess sind die Achsen der Arbeitsspindel (1) und die des auszutauschenden Werkzeuges im Werkzeugspeicher in einer Ebene und der Doppelgreifer (9) um eine senkrecht zu dieser Ebene richtungsfeste Achse drehbar angeordnet, die Greiferzangen (10) tangential zum Drehpunkt versetzt befestigt sind und die Achsen der durch die Greiferzangen (10) aufgenommenen Werkzeuge staendig in der genannten Ebene liegen, der Staender (3) und Quertraeger (4) parallel zu genannter Ebene angeordnet sind und am Staender (3) ein einziger Antrieb und ein Messsystem (7) fuer alle vertikalen Bewegungen zum Werkzeugwechsel in beliebiger Senkrechtlage mit der NC-Steuerung der Werkzeugmaschine verbunden sind. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für den automatischen Werkzeugwechsel vorzugsweise an Zweiständer-Portalmaschinen. Sie findet an automatischen Werkzeugmaschinen Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind Vorrichtungen nach DE-AS 1477501 und DE-OS 3017613. Solche Vorrichtungen dienen bei modernen Werkzeugmaschinen dazu, die Werkzeuge in der Werkzeugaufnahme der Spindel der Bearbeitungseinheit entsprechend einem vorbestimmten Bearbeitungsprogramm auszutauschen. Durch die Anwendung eines Doppelgreifers mit zwei zum Halten je eines Werkzeuges versehenen Greiferarmes ergeben sich dabei kurze Werkzeugwechselzeiten und dementsprechend ein geringer Anfall von Nebenzeiten beim Bearbeitungsprogramm, weil der eine Greiferarm das nächstfolgende anzuwendende Werkzeug bereits aus dem Werkzeugmagazin entnehmen und längs der betreffenden Verschiebeführung in den Bereich der Werkzeugwechselstellung bewegen kann, während das Werkzeug, das ersetzt werden soll, noch seinen Bearbeitungsvorgang ausführt. Vorgeschlagen wurden bereits Werkzeugwechseleinrichtungen, bei denen eine komplizierte Schwenkeinrichtung in~ den Werkzeugwechselarm eingebaut ist, so daß das Werkzeug während des Wechselvorganges in die andere Achslage geschwenkt werden kann.

Fast jede Werkzeugmaschine mit automatischem Werkzeugwechsel hat somit eine besondere Werkzeugwechseleinrichtung. Der Nachteil dabei ist, daß die Werkzeugeinrichtungen nicht austauschbar sind und zusätzliche Entwicklungs- und Fertigungskosten erfordern.

Eine Einrichtung für den automatischen Werkzeugwechsel an Werkzeugmaschinen, bestehend aus einem separaten Werkzeugspeicherund einer separaten Werkzeugwechseleinrichtung, ist aus der DD PS 102620 bekannt. Hier ist der Werkzeugspeicher vorzugsweise als Scheiben- oder Kettenspeicher ausgebildet. Bei Werkzeugmaschinen mit vertikaler Arbeitsspindellage steht der Werkzeugspeicher mit dem Ständer so zur Werkzeugmaschine, daß die Achse des Werkzeuges im Werkzeugspeicher zur Achse der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine parallel liegt. Das Werkzeug ist durch die zwischen Werkzeugspeicher und Werkzeugmaschine angeordnete Werkzeugwechseleinrichtung mit zwei im Winkel von 90° radial in einem Gehäuse angeordneten Werkzeugwechselarmen und Werkzeughalteköpfen unmittelbar austauschbar. Bei horizontaler Lage der Arbeitsspindel werden die Werkzeughalteköpfe gegenüber ihrer Lage bei vertikaler Arbeitsspindellage um 90° in den Werkzeugwechselarmen gedreht. Der Ständer des Werkzeugspeichers wird in Höhe und Standort so verändert, daß sich das an der Entnahmestelle des Werkzeugspeichers befindliche Werkzeug und die Arbeitsspindel vertikal und horizontal auf gleicher Ebene sowie ihre Achsen parallel zueinander liegen. Der Nachteil dieser Lösung sind der hohe Bewegungsaufwand aller Teile der Einrichtung, die zum Erreichen einer definierten Wechselposition notwendig sind und für den eigentlichen Wechselvorgang erforderlich sind. Dieser Bewegungsaufwand resultiert meistens aus den erforderlichen Zusammensetzungen der Bewegungen verschiedener Teile der Einrichtungen, wie z. B. der Transport zur Werkzeugmaschine oder zum Werkzeugspeicher und die anschließende Ein- bzw. Ausschubbewegung der Werkzeuge, welche wieder durch andere Bewegungselemente realisiert wird. Bei Maschinen mit einer anderen Arbeitsspindellage sind spezielle Umbauten oder andere Wechseleinrichtungen notwendig.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine mit wenig Funktionselementen realisierbare geringe Werkzeugwechselzeit, gemessen von der Entnahme des Werkzeuges aus der Arbeitsspindel bis zum Einsetzen des neuen Werkzeuges in die Arbeitsspindel.

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Wesen der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung für den automatischen Werkzeugwechsel zu schaffen, die mit einem Minimum an Bewegungen und Antrieben für einen universellen Werkzeugwechsel einsetzbar ist. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an der Werkzeugmaschine separat ein Werkzeugspeicher und eine Werkzeugwechseleinrichtung vorgesehen sind. Die Werkzeugwechseleinrichtung besteht aus einem Ständer mit daran senkrecht verfahrbaren Querträger und auf dem Querträger horizontal verfahrbaren Schlitten mit einem drehbaren Doppelgreifer. Erfindungsgemäß sind die Achsen der Arbeitsspindel und die des auszutauschenden Werkzeuges im Werkzeugspeicher in einer Ebene und der Doppelgreifer um eine senkrecht zu dieser Ebene richtungsfesten Achse drehbar angeordnet. Die Greiferzangen sind tangential zum Drehpunkt versetzt befestigt und die Achsen der durch die Greiferzangen aufgenommenen Werkzeuge liegen ständig in genannter Ebene und tangential zum Drehpunkt. Der Ständer und der Querträger sind parallel zur genannten Ebene angeordnet und der Antrieb und ein Meßsystem für die vertikale Querträgerbewegung mit der Steuerung der Werkzeugmaschine verbunden.

Der Abstand der Greiferzangen ist vorzugsweise so gewählt, daß er der größten Länge der aufzunehmenden Werkzeuge entspricht.

Der Vorteil der gefundenen Lösung besteht darin, daß für den automatischen Werkzeugwechsel von der Werkzeugwechseleinrichtung nur zwei orthogonale Translationsbewegungen und eine dazu parallele Rotationsbewegung durchgeführt werden müssen. Durch Ausnutzung dieser Bewegungseinrichtungen und ihre Zusammenstellung zu Bewegungszyklen wird der Transport der Werkzeuge sowie deren Ein- und Aushub in Arbeitsspindel und Werkzeugmagazin mit wenigen bewegten Baugruppen möglich. Die Anordnung der Greiferzangen gewährleistet, daß beim Wechsel der Werkzeuge an der Arbeitsspindel außerhalb der Greiferzange hin zur Spindelnase keine Störkontur des Doppelgreifers vorhanden ist. Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Doppelgreifer an einem Schlitten befestigt, der verschiebbar an einem Querträger angeordnet ist. Der Querträger befindet sich an einem Ständer und ist über eine Transportspindel, Stellmotor, Meßsystem und NC-Steuerung der Werkzeugmaschine stufenlos vertikal positionierbar. Das Einsetzen bzw. Herausnehmen der Werkzeuge am Werkzeugspeicher und an der senkrechten Arbeitsspindel einschließlich der erforderlichen Ein- und Aushubbewegung erfolgt im gesamten Höhenverstellbereich durch die Vertikalbewegung des Querschlittens, und bei horizontaler Arbeitsspindellage wird so die radiale Zugriffsbewegung der Greiferzangen realisiert. Zur Bedienung einer senkrechten und einer waagerechten Arbeitsspindel weist der Doppelgreifer mindestens drei 90° Schwenkstellungen auf, wobei keine Kippung der Drehachse erfolgt. Beim Werkzeugwechsel an einer vertikalen Arbeitsspindel sind die Werkzeuge in der Magazinentnahme-und-übergangsposition stehend, d. h. mit nach unten gerichteten Aufnahmekegel, angeordnet und werden nach Drehung des Doppelgreifers in die vertikale und horizontale Spindellage gebracht, wobei bei horizontaler Arbeitsspindel die Greiferzugriffbewegung von oben nach unten erfolgt und der Ein- und Aushub der Werkzeuge zweckmäßigerweise mittels des horizontal bewegbaren Schlittens auf dem Querträger durchgeführt wird. Als weitere Ausführungsform werden im Falle eingeschränkten Bauraumes oberhalb der horizontalen Arbeitsspindel die für den Austausch an dieser Spindel vorgesehenen Werkzeuge in der Magazinentnahme-und-übergabeposition hängend angeordnet. Der Doppelgreifer ist mit tangential zum Drehpunkt entgegengesetzt angeordneten Greiferzangen bestückt, und weist zwei weitere spiegelbildlich angeordnete Greiferzangen auf, wobei alle Greiferzangen auf einer Ebene liegen. Mit dieser Anordnung können wiederum durch den Wechselkopf ohne Kippung der Drehachse die Werkzeuge an der vertikalen und horizontalen Arbeitsspindel eingewechselt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Vorderansicht der Einrichtung an vertikaler Arbeitsspindel;

Fig. 2: Vorderansicht der Einrichtung an horizontaler Arbeitsspindel;

Fig. 3: Vorderansicht der Einrichtung an horizontaler Arbeitsspindel und verringertem Bewegungsraum um die Arbeitsspindel; Fig.4: Vorderansicht nach Fig. 3 an vertikaler Arbeitsspindel

Fig. 1 zeigt die Einrichtung zum Werkzeugwechsel zwischen einer Werkzeugmaschine und einem Werkzeugmagazin. Es sind die vertikale Arbeitsspindel 1 der Maschine und die Werkzeugaufnahme 2 des Werkzeugmagazins dargestellt. Dazwischen ist die Werkzeugwechseleinrichtung angeordnet, die aus einem Ständer 3 mit daran vertikal verfahrbarem Querträger 4 besteht. Die Bewegung des Querträgers 4 erfolgt über eine im Ständer 3 befindliche Transportspindel 5, die durch einen Stellmotor 6 angetrieben wird, an dem wiederum ein Meßsystem 7 angeordnet ist, und der weiterhin mit der NC-Steuerung der Werkzeugmaschine gekoppelt ist. Auf dem Querträger 4 ist ein verschiebbarer Schlitten 8 angeordnet, an dem ein drehbarer Doppelgreifer 9 befestigt ist. Die Drehebene des Doppelgreifers 9 liegt parallel zur Ebene, die durch einen Ständer 3 und den Querträger 4 aufgespannt wird. Die Greiferzangen 10 sind tangential zum Drehpunkt und entgegengesetzt gerichtet an den Enden des Doppelgreifers 9 angeordnet, so daß die Achsen der aufgenommenen Werkzeuge in der Drehebene liegen. Die Anordnung der Werkzeugmaschine, der Werkzeugwechseleinrichtung und des Werkzeugspeichers erfolgt so, daß die Achse der Arbeitsspindel 1, die Achse des auszutauschenden Werkzeugs in der Werkzeugaufnahme 2 und die Achsen der Werkzeuge im Doppelgreifer in einer Ebene liegen. Der gesamte Werkzeugwechselzyklus kann dadurch mit der vertikalen Bewegung des Querträgers 4, der horizontalen Bewegung des Schlittens 8 und der Drehbewegung des Doppelgreifers 9 durchgeführt werden. Nach der Höheneinstellung des Querträger 4 über das Meßsystem 7 die NC-Steuerung der Werkzeugmaschine und den Stellmotor6 mit Transportspindel 5, erfolgt durch die Bewegung des Schlittens 8 bei senkrechter Stellung des Doppelgreifers 9 der radiale Zugriff der Greiferzange 10 zum Werkzeug in der Werkzeugaufnahme 2. Der Aushub erfolgt durch die Vertikalbewegung des Querträgers 4 mit anschließender Höheneinstellung zum Werkzeug in der Arbeitsspindel 1. Durch die Schlittenbewegung zur Arbeitsspindel 1 erfolgt der radiale Zugriff zum Werkzeug und der anschließende Aushub durch die

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erfolgt die Ablage des alten Werkzeuges in der Werkzeugaufnahme 2 in umgekehrter Reihenfolge wie die Aufnahme. In Fig. 2 erfolgt der Werkzeugwechsel durch die Werkzeugwechseleinrichtung an einer horizontalen Arbeitsspindel 1. Analog wie in Fig. 1 erläutert, erfolgt die Entnahme des benötigten Werkzeuges und das Verfahren des Schlittens 8 längs des Querträgers 4 in die Wechselposition. Durch eine90°-Drehung des Doppelgreifers 9 ist die freie Greiferzange 10 zur Aufnahme des alten Werkzeuges bereit. Durch die NC-Steuerung erfolgt das horizontale Heranfahren des Spindelstocks und anschließend die Vertikalbewegung des Querträgers 4, wodurch die radiale Zugriffsbewegung der Greiferzange 10 realisiert wird. Nach Ergreifen des Werkzeugs wird der Aushub aus der Arbeitsspindel 1 durch Fortbewegung des Spindelstocks bewirkt. Anschließend dreht der Doppelgreifer 9 um 180° und es erfolgt das Einsetzen des neuen Werkzeuges in umgekehrter Reihenfolge. Der Doppelgreifer 9 wird danach um 90° gedreht, der Schlitten 8 an das andere Ende des Querträgers 4 verfahren, das alte Werkzeug abgelegt und das nächste benötigte Werkzeug entnommen.

Die Ausführung nach Fig. 3 zeigt ebenfalls eine horizontale Arbeitsspindel 1, die aber durch die Form der Werkzeugmaschine die Zugriffsbewegung der Greiferzange 10 von oben oder die Drehbewegung des Doppelgreifers 9 in der Wechselposition des Schlittens 8 verhindert. Die Werkzeuge für die horizontale Arbeitsspindel 1 befinden sich deshalb hängend in ihrer Werkzeugaufnahme 2. Der Doppelgreifer 9 weist zwei weitere Greiferzangen 11 auf, die analog entgegengesetzt zu den bereits vorhandenen Greiferzangen 10 angeordnet sind. Diese zusätzlichen Greiferzangen 11 werden ausschließlich für den Werkzeugwechsel an der horizontalen Spindel verwendet. Nach der Entnahme des neuen Werkzeugs aus der ·

Werkzeugaufnahme 2 fährt der Schlitten 8 am Querträger 4 zur Wechselposition. Nach einer 90° Drehung des Doppelgreifers 9 erfolgt nach horizontaler Zuführbewegung des Spindelstocks und vertikaler Bewegung des Querträgers 4 die Entnahme des alten Werkzeugs aus der Arbeitsspindel 1 durch horizontales Wegfahren des Spindelstockes. Der Querträger 4 wird abwärts bewegt, der Doppelgreifer 9 um 180° gedreht, und der Querträger 4 wieder auf Höhe der Arbeitsspindel 1 verfahren und der Spindelstock erneut zum Werkzeugkegel verfahren.

Nach Einsatz des Werkzeuges fährt der Querträger 4 wieder abwärts und es erfolgt die Wegfahrt des Spindelstockes, die Drehung des Doppelgreifers 9 um 90° und die Rückführung des benutzten Werkzeuges in die Werkzeugaufnahme 2 des Werkzeugspeichers.

Fig.4 zeigt noch den Einsatz der Einrichtung mit zusätzlichen Greiferzangen 11 an einer vertikalen Arbeitsspindel 1. Die Einrichtung ist noch für den Arbeitsfall nach Fig. 3 ausgerüstet, wobei für den Werkzeugwechsel nur die Greiferzangen 10 benutzt werden. Es zeigt sich, daß diese Ausführungsform eine sehr gute Einsatzvariabilität besitzt, ohne daß Umrüstungszeiten beim Einsatz fürverschiedeneArbeitsspindeln anfallen. Die Bewegungsabläufe erfolgen nach derin Fig. 1 beschriebenen Reihenfolge.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Einrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel an Zweiständer-Portalmaschinen mit vertikaler Hauptarbeitsspindel und ggf. horizontaler Zusatzarbeitsspindel, bestehend aus einem separaten Werkzeugspeicher und einer Werkzeugwechseleinrichtung, wobei die Werkzeugwechseleinrichtung aus einem Ständer mit daran senkrecht verfahrbarem Querträger und auf dem Querträger horizontal verfahrbaren Schlitten mit einem drehbaren Doppelgreifer besteht, gekennzeichnet dadurch, daß die Achse der Arbeitsspindel (1) und die des auszutauschenden Werkzeugs im Werkzeugspeicher in einer Ebene angeordnet sind, der Doppelgreifer (9) um eine senkrecht zu dieser Ebene richtungsfest angeordnete Achse drehbar ist, die Greiferzangen (10) tangential zum Drehpunkt versetzt, vorzugsweise um die Hälfte der maximalen Werkzeuglänge der benutzten Werkzeuge befestigt sind und die Achsen der durch die Greiferzangen (10) aufgenommenen Werkzeuge ständig in der genannten Ebene liegen, Ständer (3) und Querträger (4) parallel zu genannter Ebene angeordnet sind und am Ständer (3) ein einziger Antrieb und ein Meßsystem 7) für alle vertikalen Bewegungen zum Werkzeugwechsel in beliebiger Senkrechte mit der NC-Steuerung der Werkzeugmaschine verbunden sind.
2. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Doppelgreifer (9) in mindestens drei 90° — Schwenkstellungen drehbar ist.
3. Einrichtung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß zwei weitere Greiferzangen (11) spiegelbildlich zu den vorhandenen Greiferzangen (10) in dergleichen Drehebene liegend und die gleiche Aufnahmelage der Werkzeuge aufweisend, angeordnet sind.