DE10034973A1 - Universal machine; has at least three linear feed axles and one or more rotatable work piece supports for cuboid or rotationally symmetrical work pieces - Google Patents
Universal machine; has at least three linear feed axles and one or more rotatable work piece supports for cuboid or rotationally symmetrical work piecesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Werkzeugmaschinen und Roboter mit einer drehbaren Werkstückaufnahme. An der von den Werkstücken abgewandten Seite der Oberfläche des Werkstückträgers ist ein Werkzeugmagazin angeordnet.The invention relates to machine tools and robots with a rotatable Workpiece holder. On the side of the surface of the workpiece facing away from the workpieces A tool magazine is arranged on the workpiece carrier.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind beispielsweise Portalroboter bekannt, die Werkstücke handhaben oder an Entgratwerkzeuge heranführen. Die konstruktive Ausführung schneller Werkzeugmaschinen nähert sich in einigen Bereichen dem Design von Robotern in Portalbauweise an. Eine ebenso vielversprechende Entwicklung bei schnellen Werkzeugmaschinen stellt die Realisierung von parallelkinematischen Lösungen mit Gelenkstäben dar. Wobei in diesem Bereich der Design-Unterschied zwischen Roboter und Maschine oftmals nur durch die unterschiedliche Steifigkeit der Bauteile erkennbar ist.Portal robots, for example, the workpieces are known from the general prior art handle or introduce deburring tools. The constructive execution faster Machine tools are approaching the design of robots in portal construction in some areas on. An equally promising development for fast machine tools is the Realization of parallel kinematic solutions with articulated bars The design difference between robot and machine is often only due to the different stiffness the components are recognizable.
Aus DE 197 36 801 A1 ist eine selbstladende Transferstraße bekannt. Ergänzende Fertigungslinien ohne Werkzeugwechsel verlieren aber aufgrund ihrer eingeschränkten Flexibilität zunehmend an Bedeutung. Das beschriebene Konzept berücksichtigt den Wunsch der Anwender nach gut zugänglichen hochflexiblen Insellösungen in keiner Weise. Außerdem sind Roboter, Bearbeitungszentren und Drehmaschinen mit obenliegenden Gantryachsen seit mehreren Jahren allgemein bekannt.A self-loading transfer line is known from DE 197 36 801 A1. Complementary production lines without tool changes, however, they lose more and more due to their limited flexibility Importance. The concept described takes into account the users' desire for good accessible, highly flexible island solutions in no way. Also robots, Machining centers and lathes with overhead gantry axes for several years well known.
Aus DE 44 22 416 C1 ist ein selbstladendes Bearbeitungszentrum bekannt bei dem die Werkstückspannvorrichtung als Greifer ausgeführt ist. Zur automatischen Beladung in einer Selbstladefunktion muß die Werkstückspannvorrichtung aber keine Besonderheit aufweisen. Sie kann genauso gestaltet sein wie bei herkömmlichen Maschinen mit Palettenwechsler.From DE 44 22 416 C1 a self-loading machining center is known in which the Workpiece clamping device is designed as a gripper. For automatic loading in one The workpiece clamping device does not have to have any special feature, however. she can be designed just like conventional machines with a pallet changer.
Allerdings eignen sich die meisten kubischen Werkstücke nicht für die Selbstbeladung, da die Außenkonturen meist komplex gestaltet sind. Die hydraulische Spannvorrichtung mit Folgespannzyklen wird entsprechend aufwändig was die Dauer des Ladevorgangs verlängert. Im Vergleich zu Maschinen mit Palettenwechslern ist bei Selbstladern die Ladezeit Stillstandszeit. Ein Fertigungsmix aus Werkstücken mit einfachen Konturen die im Selbstladebetrieb in der dritten Schicht bearbeitet werden und komplexeren Werkstücken, die aus einem kostengünstigen Mehrfachspeicher heraus mit unterschiedlichen Spannvorrichtungen automatisch bearbeitet werden ist mit dieser vorgeschlagenen Lösung nicht möglich.However, most cubic workpieces are not suitable for self-loading because the Outer contours are usually complex. The hydraulic tensioner with Subsequent clamping cycles are correspondingly complex, which increases the duration of the charging process. in the Compared to machines with pallet changers, the loading time for self-loading machines is downtime. On Manufacturing mix of workpieces with simple contours in the self-loading mode in the third shift machined and more complex workpieces that come from an inexpensive multiple memory can be processed automatically with different jigs with this one proposed solution not possible.
Weiterhin sind selbstladende Drehmaschinen beispielsweise aus DE 34 16 660 C2 und selbstladende Bearbeitungszentren aus DE 44 35 024 C2 bekannt.Furthermore, self-loading lathes are for example from DE 34 16 660 C2 and self-loading Machining centers known from DE 44 35 024 C2.
Darüber hinaus wurden in der Vergangenheit vereinzelt vertikale Bearbeitungszentren umgebaut, indem die Anordnung von Werkstückträger und Arbeitsspindel vertauscht wurden. Auf diese Weise wurde lediglich der von Drehmaschinen her bekannte Selbstladeeffekt erreicht, aber für die Werkzeugbereitstellung waren aufwändige Systeme erforderlich. Ebenso war die Werkstückbereitstellung unbefriedigend gelöst.In addition, vertical machining centers have been remodeled in the past, by swapping the arrangement of the workpiece holder and work spindle. In this way only the self-loading effect known from lathes was achieved, but for the Complex systems were required to provide tools. It was the same Work piece provision unsatisfactorily solved.
Die Kombination von Dreh- und Fräsbearbeitung ist ebenfalls bekannt, jedoch fehlt der Drehmaschine mit zusätzlich angetriebenen Werkzeugen, abgesehen von der fehlenden dritten Linearachse, die Leistung, Schnelligkeit und Flexibilität des Bearbeitungszentrums im Fräsbereich. Bohr- und Fräszentren mit Einzelwerkzeugwechsel und schnell drehenden Tischeinheiten, sind andererseits nicht in der Lage bei Drehoperationen die kurzen Werkzeugwechselzeiten eines bei Drehmaschinen üblichen Werkzeugscheibenrevolvers zu realisieren. Außerdem wirkt sich die Drehbearbeitung mit unterbrochenem Schnitt nachteilig auf die Lagerung der Arbeitsspindel aus, wenn hier Drehwerkzeuge eingewechselt werden und die Arbeitsspindel nicht rotiert.The combination of turning and milling is also known, but the lathe is missing with additionally driven tools, apart from the missing third linear axis, the Performance, speed and flexibility of the machining center in the milling area. Drilling and Milling centers with individual tool changes and fast rotating table units are on the other hand unable to perform the short tool change times of a lathe during turning operations to realize the usual tool disc turret. The turning process also has an impact interrupted cut adversely affects the bearing of the work spindle if here Turning tools are changed and the work spindle does not rotate.
Die komplette dreidimensionale Bearbeitung und Handhabung rotierender und stehender Werkstücke mit rotierenden und stehenden Werkzeugen ist bisher nur in Sondermaschinen befriedigend gelöst.The complete three-dimensional machining and handling of rotating and stationary workpieces with rotating and stationary tools has so far only been satisfactorily solved in special machines.
Der Erfindung Siegt deshalb die Aufgabe zugrunde eine Universalmaschine zu konzipieren, mit der sowohl stehende als auch rotierende Werkzeuge kompromißlos zum Einsatz gebracht werden können. The invention is therefore based on the task of designing a universal machine with which both standing and rotating tools can be used without compromise can.
Der Werkzeugwechsel, inklusive Öffnung der Werkzeugabdeckung und der Werkstückwechsel sollen möglichst nur mit den schnellen Hauptachsen der Maschine, ohne zusätzliche Hilfsachsen erfolgen. Zum Werkstückwechsel sollen die Werkstückträger wechselbar ausgeführt sein. Außerdem soll auch das Werkzeugmagazin wechselbar ausgeführt sein. Werkstückträger und Werkzeugmagazine für flexiblen Fertigungseinsatz sollen in einem einfachen gemeinsamen Mehrfachspeicher angeordnet sein und ohne Robotereinsatz nur durch die Verfahrbewegungen der Maschine eingewechselt werden.The tool change, including opening the tool cover and the workpiece change, are intended if possible only with the fast main axes of the machine, without additional auxiliary axes. The workpiece carriers are designed to be exchangeable for changing the workpiece. In addition, too the tool magazine can be exchangeable. Workpiece carriers and tool magazines for flexible manufacturing use should be arranged in a simple shared multiple storage and only be changed without the use of robots by the traversing movements of the machine become.
Alternativ sollen in einer Selbstladefunktion einfache Werkstücke mit dem auf dem Werkstückträger montierten Spannelementen von einem Transportband gegriffen oder abgelegt werden.Alternatively, in a self-loading function, simple workpieces should be placed on the workpiece carrier mounted clamping elements can be gripped or stored on a conveyor belt.
Die Maschine soll mindestens von zwei Seiten zugänglich sein und einen geringen Platzbedarf aufweisen.The machine should be accessible from at least two sides and require little space exhibit.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe aufgrund der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst und durch die weiteren Maßnahmen der Unteransprüche ausgestaltet.According to the invention the object is achieved on the basis of the features of claim 1 and by further measures of the subclaims.
Die Universalität wird erreicht indem sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück mit hoher Drehzahl rotieren können und eine Lösung für den schnellen und robusten Wechsel von rotierenden und stehenden Werkzeugen sowie für den Wechsel von Werkstücken möglich ist.The universality is achieved by using both the tool and the workpiece with high Rotate speed and a solution for the quick and robust change from rotating and stationary tools and for changing workpieces.
Kern der Erfindung ist demnach die neue Anordnung der Werkzeugmagazine für stehende und rotierende Werkzeuge und der weitgehende Verzicht auf bisher benötigten Hilfsachsen oder Werkzeugwechsler. Lediglich für die übergeordnete Speicherung von Werkzeugmagazinen und Werkstückträgern ist ein Speicher mit einer eigenen Drehachse erforderlich.The core of the invention is therefore the new arrangement of the tool magazines for standing and rotating tools and the extensive elimination of auxiliary axes or previously required Tool changer. Only for the higher-level storage of tool magazines and Workpiece carriers require a memory with their own axis of rotation.
Je kürzer der Weg des Bearbeitungswerkzeugs von der Bearbeitungsposition am Werkstück hin zum Platz im Werkzeugmagazin ist, desto kürzer wird die Werkzeugwechselzeit, beim Pickup- Werkzeugwechsel. Aus diesem Grund ist ein Werkzeugmagazin am Vorschubschlitten des Werkstückträgers oder an der Drehachse des Werkstückträgers oder direkt am Werkstückträger angeordnet. Die Drehachse des Werkstückträgers kann horizontal oder vertikal angeordnet sein, wobei die Werkstückträger zur Optimierung des Spänefalls vorzugsweise nach unten weisen um eine hängende Bearbeitung zu ermöglichen.The shorter the path of the machining tool from the machining position on the workpiece to Space in the tool magazine, the shorter the tool change time, with the pickup Tool change. For this reason there is a tool magazine on the feed slide of the Workpiece carrier or on the axis of rotation of the workpiece carrier or directly on the workpiece carrier arranged. The axis of rotation of the workpiece carrier can be arranged horizontally or vertically, the workpiece carriers preferably point downward to optimize the chip fall to allow hanging processing.
Die Werkzeuge sind vorzugsweise in horizontaler Lage gespeichert, mit den Aufnahmekegeln nach außen zur Arbeitsspindel gerichtet. Sowohl Scheibenmagazine als auch Regalmagazine können verwendet werden. Auch die Mischung beider Varianten zur Speicherung von Standardwerkzeugen und Sonderwerkzeugen ist vorgesehen.The tools are preferably stored in a horizontal position, with the cones after outside facing the work spindle. Both disc magazines and shelf magazines can be used. Also the mixture of both variants for storing standard tools and special tools is provided.
Die Vorschubachse des Werkstückträgers muß im Vergleich zu herkömmlichen Maschinen verlängert werden, um die Werkzeugplätze außerhalb des Kollisionsbereichs der Werkstücke an der Rückseite des Werkstückträgers am Vorschubschlitten anordnen zu können.The feed axis of the workpiece carrier must be extended compared to conventional machines to the tool locations outside the collision area of the workpieces at the rear to be able to arrange the workpiece carrier on the feed slide.
Zum Aufbau einer Universalmaschine kann die neue Anordnung der Werkzeugmagazine auch bei vorhandenen herkömmlichen vertikalen Bearbeitungszentren gewählt werden. Die Werkstückdrehachse wird hierzu in das vormalige Spindelgehäuse montiert und die Arbeitsspindel dagegen auf dem Arbeitstisch angebracht. Das Werkzeugmagazin muß jedoch auch hierbei außerhalb des Kollisionsbereiches der Werkstücke an der den Werkstücken abgewandten Seite des Werkstückträgers am Vorschubschlitten angeordnet sein. Aus diesem Grund ist eine zusätzliche Hilfsachse die auf dem Vorschubschlitten angeordnet ist und das Werkzeugmagazin im Bereich der Arbeitsspindel positioniert notwendig.The new arrangement of the tool magazines can also help build a universal machine existing conventional vertical machining centers can be selected. The For this purpose, the workpiece axis of rotation is mounted in the former spindle housing and the work spindle on the other hand attached to the work table. The tool magazine must also be used here outside the collision area of the workpieces on the side of the workpiece facing away from the Workpiece carrier to be arranged on the feed slide. For this reason, there is an additional one Auxiliary axis which is arranged on the feed slide and the tool magazine in the area of Working spindle positioned necessary.
Diese Lösung macht jedoch nur bei der Umrüstung vorhandener Maschinen Sinn, da eine Verlängerung des Vorschubschlittens kostengünstiger realisiert werden kann als eine zusätzliche Hilfsachse. Außerdem verursacht jedes zusätzliche mechanische Element auch zusätzliche Störungen. Die Verlängerung des Vorschubschlittens hingegen wirkt sich nicht nachteilig auf die Maschinensteifigkeit während der Bearbeitung aus, da die weit ausgefahrene Position nur zum Werkzeugwechsel erreicht wird.However, this solution only makes sense when retrofitting existing machines, as one Extension of the feed carriage can be realized more cost-effectively than an additional one Auxiliary axis. In addition, each additional mechanical element creates additional ones Disorders. The extension of the feed carriage, however, does not adversely affect the Machine rigidity during machining, since the extended position is only for Tool change is achieved.
Auf diese Weise wird auch eine wegabhängige Zwangssteuerung der Abdeckung des Werkzeugmagazins möglich, da die Position des Werkzeugmagazins während der Bearbeitung nie erreicht wird und nur zum Werkzeugwechsel weiter ausgefahren wird. Die Öffnung von Magazintüren an Bearbeitungszentren ist nicht unproblematisch, da sie sehr schnell und robust und vor allem sicher erfolgen muß. Eine Zwangssteuerung stellt hierbei die sicherste und schnellste Lösung dar, da keine Positionsabfragen notwendig sind. Bei herkömmlicher Anordnung des Werkzeugmagazins ist diese Lösung jedoch nur mit aufwändigen Mitteln realisierbar.In this way, a path-dependent positive control of the cover of the Tool magazine possible because the position of the tool magazine never during machining is reached and only extended for tool change. The opening of magazine doors on machining centers is not without problems because they are very fast and robust and, above all, safe must be done. Forced control is the safest and fastest solution, since none Position queries are necessary. With a conventional arrangement of the tool magazine, this is However, the solution can only be implemented with complex means.
Alle linearen Vorschubbewegungen werden vorzugsweise vom Werkstückträger ausgeführt. Zum Werkzeugwechsel im Pickup-Modus wird der Werkstückträger mit seinem Vorschubschlitten und dem Werkzeugmagazin an die Arbeitsspindel geführt. Bei Verwendung eines Scheibenmagazins erfolgt der Werkzeugwechsel, indem durch Drehung der Werkstückdrehachse auch das Scheibenmagazin gedreht wird und somit alle Werkzeuge im Magazin der Spindel zugänglich sind.All linear feed movements are preferably carried out by the workpiece carrier. To the The workpiece carrier with its feed slide and the tool change in pickup mode Tool magazine guided to the work spindle. When using a disk magazine the tool change by turning the workpiece rotation axis and the disc magazine is rotated so that all tools in the magazine of the spindle are accessible.
Bei Verwendung eines Regalmagazins kann auf die Drehbewegung des Magazins zum Werkzeugwechsel verzichtet werden, es sind dafür aber zusätzliche lineare Positionierbewegungen erforderlich.When using a shelf magazine, the rotating movement of the magazine can be used Tool changes are omitted, but there are additional linear positioning movements required.
Bei beiden Varianten ist jedoch grundsätzlich keine zusätzliche Hilfsachse zum Werkzeugwechsel erforderlich.However, with both variants there is basically no additional auxiliary axis for changing tools required.
Zur Erhöhung der Speicherkapazität können mehrere Scheiben übereinander angeordnet sein.To increase the storage capacity, several disks can be arranged one above the other.
Bei hochflexiblem Einsatz der Maschine wird bei jedem Werkstückwechsel der Werkstückträger mit dem an seiner Rückseite angeflanschten Werkzeugscheibenmagazin einem Palettenwechsler oder einem Mehrfachspeicher zugeführt und ausgetauscht. Wenn das Werkzeugmagazin in Regalform ausgeführt ist und am Vorschubschlitten des Werkstückträgers mit einer Kupplung wechselbar angeordnet ist, dann ist bei hochflexiblen Einsatz nach dem Wechsel des Werkstückträgers ein zusätzlicher Wechsel des Regalmagazins erforderlich. Die übergeordnete Speicherung von Werkstückträgern und Wekzeugmagazinen kann auch in dieser Ausführung in einem gemeinsamen Mehrfachspeicher erfolgen, sofern die gleiche Kupplung für Werkstückträger und Werkzeugmagazine verwendet wird.With highly flexible use of the machine, the workpiece carrier is included with every workpiece change the tool disc magazine flanged on the back of a pallet changer or fed to a multiple memory and replaced. If the tool magazine in the form of a shelf is carried out and can be exchanged on the feed slide of the workpiece carrier with a coupling is arranged, then is in highly flexible use after changing the workpiece carrier additional change of the shelf magazine required. The parent storage of Workpiece carriers and tool magazines can also be combined in this version Multiple memories are provided, provided the same coupling for workpiece carriers and tool magazines is used.
Die Magazine können zusammen mit dem zugehörigen Werkstückträger außerhalb der Maschine umgerüstet werden. Hierzu werden sie beispielsweise manuell aus den Speichertaschen entnommen.The magazines together with the associated workpiece carrier can be placed outside the machine be converted. For this purpose, they are manually removed from the storage pockets, for example.
Bei hochproduktiver Anwendung der Maschine, wird das Werkzeugmagazin nicht gemeinsam mit dem Werkstückträger gewechselt.When using the machine in a highly productive manner, the tool magazine is not shared the workpiece carrier changed.
Bei Werkstücken mit komplexen Werkstückkonturen erfolgt ein kontinuierlichen Wechsel der Werkstückträger aus dem übergeordneten Mehrfachspeicher. Zur mannlosen Bearbeitung befinden sich dann im übergeordneten Mehrfachspeicher keine Werkzeugmagazine mehr sondern nur noch mehrere identische Werkstückträger.Workpieces with complex workpiece contours are continuously changed Workpiece carriers from the higher-level multiple storage. For unmanned processing then no more tool magazines in the higher-level multiple storage but only several identical workpiece carriers.
Werkstücke mit einfacheren Konturen werden in einer Selbstladefunktion an einem Zuführband, wie bei Drehmaschinen bekannt, gewechselt.Workpieces with simpler contours are in a self-loading function on a feed belt, such as known in lathes, changed.
Zur Verringerung der benötigten Werkzeugplätze und zur Erhöhung der Produktivität können im Arbeitsraum Mehrspindelbohrköpfe oder Sonderstationen im Verfahrbereich des Werkstückträgers angeordnet sein.To reduce the required tool space and increase productivity, the Working area Multi-spindle drilling heads or special stations in the travel area of the workpiece carrier be arranged.
Für Drehbearbeitungen wird die Drehzahl der Werkstückdrehachse erhöht. Bei Verwendung eines Scheibenmagazins muß das Magazin vorher von der Werkstückdrehachse entkoppelt werden. Die Drehwerkzeuge sind vorzugsweise am Umfang der Arbeitsspindel, im Bereich des Spindelhalses ringförmig angeordnet. Die Arbeitsspindel für rotierende Werkzeuge läßt sich vorzugsweise um mindestens 90° von der horizontalen Lage in die vertikale Lage schwenken. In vertikaler Position sind alle Drehwerkzeuge im Bereich des Spindelhalses der Arbeitsspindel durch entsprechende Positionierung der drei linearen Vorschubachsen des Werkstückträgers für die Drehbearbeitung erreichbar. Die Drehwerkzeuge können auf einem gemeinsamen Ring angeordnet sein und zusammen ausgetauscht werden.The speed of the workpiece axis of rotation is increased for turning operations. When using a Disc magazine, the magazine must first be decoupled from the workpiece axis of rotation. The Turning tools are preferably on the circumference of the work spindle, in the area of the spindle neck arranged in a ring. The working spindle for rotating tools can preferably be moved around Swivel at least 90 ° from the horizontal position to the vertical position. Are in a vertical position all turning tools in the area of the spindle neck of the work spindle by appropriate Positioning of the three linear feed axes of the workpiece carrier for turning reachable. The turning tools can be arranged on a common ring and are exchanged together.
Wenn Drehwerkzeuge auf dem Schwenkträger der Arbeitsspindel angeordnet sind, dann können diese beispielsweise auf einer gemeinsamen Leiste angeordnet sein und gemeinsam ausgetauscht werden. If turning tools are arranged on the swivel bracket of the work spindle, then you can these can be arranged on a common bar, for example, and exchanged together become.
Die erwähnten Vorteile und andere Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert.The advantages and other features of the invention mentioned will become apparent from the following Description of the preferred embodiment explained in more detail with reference to the drawings.
Fig. 1 eine Seitenansicht der Universalmaschine in Portalausführung mit nach unten weisendem Werkstückträger Fig. 1 is a side view of the universal machine in portal design with the workpiece holder pointing downwards
Fig. 2 eine Ansicht der Universalmaschine in Portalausführung von vorne, mit nach unten weisendem Werkstückträger Fig. 2 is a view of the universal machine in portal design from the front, with the workpiece holder pointing downwards
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Scheibenmagazins mit vertikal angeordneten Werkzeugen Fig. 3 is a side view of a disc magazine with vertically arranged tools
Fig. 4 eine Seitenansicht eines Regalmagazins, das am vertikalen Vorschubschlitten, verschiebbar und wechselbar montiert ist Fig. 4 is a side view of a shelf magazine, which is mounted on the vertical feed carriage, slidably and interchangeably
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Scheibenmagazins mit zusätzlichem Antrieb für die Drehbewegung Fig. 5 is a side view of a disk magazine with an additional drive for the rotary movement
Fig. 6 eine Ansicht von oben auf ein zweireihiges lineares Magazin, das an der Drehachse des Werkstückträgers montiert ist Fig. 6 is a top view of a two-row linear magazine, which is mounted on the axis of rotation of the workpiece carrier
Fig. 7 eine Ansicht von oben auf das Scheibenmagazin mit horizontal angeordneten Werkzeugen, welches in Fig. 1 in der Seitenansicht mit dargestellt ist Fig. 7 is a top view of the disc magazine with horizontally arranged tools, which is shown in Fig. 1 in a side view
Fig. 8 eine Ansicht eines Werkzeugscheibenrevolvers mit einer Motorspindel für automatischen Werkzeugwechsel und mehreren Aufnahmen für stehende Werkzeuge Fig. 8 is a view of a tool disc turret with a motor spindle for automatic tool change and several receptacles for stationary tools
Fig. 9 eine Seitenansicht des Werkzeugscheibenrevolvers Fig. 9 is a side view of the tool disc turret
Fig. 10 eine Seitenansicht einer Universalmaschine mit nach oben weisendem Werkstückträger Fig. 10 is a side view of a universal machine with facing upwards workpiece carrier
Fig. 11 eine Seitenansicht einer Universalmaschine mit nach unten weisendem Werkstückträger in Fahrständerbauweise Fig. 11 is a side view of a universal machine with downward-pointing workpiece carrier in traveling column construction
Fig. 12 eine Vorderansicht der Universalmaschine in Portalausführung mit Zwangssteuerung der Werkzeugabdeckung Fig. 12 is a front view of the universal machine in portal design with positive control of the tool cover
Fig. 13 eine Seitenansicht eines Werkstückträgers mit einer Einzelkupplung Fig. 13 is a side view of a workpiece carrier with a single clutch
Fig. 14 eine Ansicht von vom, eines Werkzeugmagazins in Regalausführung mit einer Einzelkupplung Fig. 14 is a view from, of a tool magazine in shelf design with a single clutch
Fig. 15 eine Ansicht von unten auf ein Werkzeugmagazin in Regalausführung Fig. 15 is a bottom view of a tool magazine in the shelf version
Fig. 16 eine Ansicht von oben auf einen Mehrfachspeicher für Werkstückträger und Werkzeugmagazine in Regalausführung Fig. 16 is a top view of a multiple storage for workpiece carriers and tool magazines in shelf design
Vorzugsweise sind am U-förmigen Maschinenbett 1 zwei oben liegende Linearführungen 2 vorgesehen. An diesen Führungen wird ein Portalschlitten 3 in Längsrichtung bewegt. Am Portalschlitten 3 ist der Querschlitten 21 verfahrbar angeordnet, an welchem wiederum der Vertikalschlitten 4 geführt wird. Die vertikale Drehachse 5 des Werkstückträgers 6 ist am unteren Ende des Vertikalschlittens 4 befestigt. Der Werkstückträger 6 mit den Spannelementen 7 für Werkstücke 19 ist hängend an die Drehachse 5 angeflanscht. Vorzugsweise besteht das Werkzeugmagazin aus einem scheibenförmigen Grundkörper 8 der an der Rückseite des Werkstückträgers 6 montiert ist. Der scheibenförmige Grundkörper 8 schützt die gespeicherten Werkzeuge 12 zum Arbeitsraum hin vor Spänen. Die Werkzeugtaschen 9 sind vorzugsweise rechtwinklig auf den Scheibenkörper aufgesetzt und als vorgespannte flexible Kunststoffzangen ohne weitere bewegliche Elemente ausgeführt. Die Werkzeuge 12 werden in ihrer Greiferrille formschlüssig in horizontaler Lage in den Werkzeugtaschen 9 gehalten. Durch Drehung des Werkstückträgers 6 wird auch der scheibenförmige Grundkörper 8 des Werkzeugmagazins gedreht und die am Umfang verteilten Werkzeugtaschen 9 werden neu positioniert.Preferably, two overhead linear guides 2 are provided on the U-shaped machine bed 1 . A portal carriage 3 is moved in the longitudinal direction on these guides. The cross slide 21 , on which in turn the vertical slide 4 is guided, is movably arranged on the portal slide 3 . The vertical axis of rotation 5 of the workpiece carrier 6 is attached to the lower end of the vertical slide 4 . The workpiece carrier 6 with the clamping elements 7 for workpieces 19 is flanged hanging on the axis of rotation 5 . The tool magazine preferably consists of a disk-shaped base body 8 which is mounted on the back of the workpiece carrier 6 . The disk-shaped base body 8 protects the stored tools 12 from the work area against chips. The tool pockets 9 are preferably placed at right angles on the disk body and are designed as pre-tensioned flexible plastic pliers without any other movable elements. The tools 12 are held in their gripper groove in a form-fitting manner in a horizontal position in the tool pockets 9 . By rotating the workpiece carrier 6 , the disk-shaped base body 8 of the tool magazine is also rotated and the tool pockets 9 distributed around the circumference are repositioned.
Im zentralen Bereich des Maschineninnenraums ist mindestens eine Arbeitsspindel 10 vorzugsweise um eine horizontale Drehachse 11 schwenkbar angeordnet. Zum Werkzeugwechsel rotierender Werkzeuge 12 wird die Arbeitsspindel 10 vorzugsweise in die horizontale Lage geschwenkt. Der Werkzeugwechsel erfolgt dann indem der Werkstückträger 6, mit dem angeflanschten Werkzeugmagazin, durch die drei erwähnten Linearachsen der Maschine, im Bereich der Arbeitsspindel 10 positioniert wird. Die ringförmige Abdeckung 13 des darüberliegenden Werkzeugmagazins wird dabei nach oben gezogen. Dies geschieht indem die Abdeckung, die an zwei Stangen befestigt ist, welche am Vertikalschlitten geführt sind, gegen Endanschläge 35 am Querschlitten aufläuft. Anschließend wird das Magazin mit einer freien Werkzeugtasche 9 von unten in die genormte Greiferrille des aktuellen Spindelwerkzeugs 14, geschoben indem die Linearachsen der Maschine entsprechend positioniert werden. Das Werkzeugspannsystem der Arbeitsspindel 10 öffnet, das Werkzeugmagazin wird in horizontaler Richtung zurückgefahren und die Drehachse 5 des Werkstückträgers 6 mit dem angeflanschten Magazin wird gedreht. Nachdem das nachfolgende Werkzeug 12 positioniert wurde, wird es durch Verfahren der drei linearen Vorschubachsen in die Arbeitsspindel 10 eingeführt. Danach schließt sich die Abdeckung 13 der Werkzeuge 12 wieder indem der Vertikalschlitten 4 aus der Werkzeugwechselposition wieder in die Arbeitsposition zurückfährt und die Innenseite der Abdeckung 13 durch Schwerkrafteinwirkung an Haltern 37 des Vorschubschlittens aufliegt.In the central area of the machine interior, at least one work spindle 10 is preferably arranged to be pivotable about a horizontal axis of rotation 11 . To change tools rotating tools 12 , the work spindle 10 is preferably pivoted into the horizontal position. The tool change then takes place in that the workpiece carrier 6 , with the flanged-on tool magazine, is positioned in the region of the work spindle 10 through the three linear axes of the machine mentioned. The ring-shaped cover 13 of the tool magazine lying above it is pulled upwards. This is done by the cover, which is fastened to two rods which are guided on the vertical slide, running against end stops 35 on the cross slide. The magazine is then pushed with a free tool pocket 9 from below into the standardized gripper groove of the current spindle tool 14 , by positioning the linear axes of the machine accordingly. The tool clamping system of the work spindle 10 opens, the tool magazine is retracted in the horizontal direction and the axis of rotation 5 of the workpiece carrier 6 with the flanged magazine is rotated. After the subsequent tool 12 has been positioned, it is introduced into the work spindle 10 by moving the three linear feed axes. Then the cover 13 of the tools 12 closes again in that the vertical slide 4 moves back from the tool change position back into the working position and the inside of the cover 13 rests on holders 37 of the feed slide by the action of gravity.
Zur Ausführung einer Drehbearbeitung wird das Scheibenmagazin mittels geeigneter Kupplung von der Drehbewegung des Werkstückträgers 6 entkuppelt und still gesetzt. Der Werkstückträger 6 rotiert daraufhin mit höherer Drehzahl. Stehende Werkzeuge 15 sind am Umfang des Spindelhalses 16 angeordnet. Wenn sich die Arbeitsspindel 10 in einer vertikalen Position befindet, können mit dem rotierenden Werkstück 19 alle Werkzeugpositionen rund um den Spindelhals 16 angefahren werden, wobei sich der Werkzeugwechsel durch eine entsprechende Positionierung der drei Linearachsen des Werkstückträgers 6 ergibt.To carry out a turning operation, the disk magazine is uncoupled from the rotary movement of the workpiece carrier 6 by means of a suitable coupling and stopped. The workpiece carrier 6 then rotates at a higher speed. Standing tools 15 are arranged on the circumference of the spindle neck 16 . When the work spindle 10 is in a vertical position, the rotating workpiece 19 can be used to approach all tool positions around the spindle neck 16 , the tool change resulting from a corresponding positioning of the three linear axes of the workpiece carrier 6 .
Wenn stehende Werkzeuge 15 direkt auf dem Schwenkträger 39 der Arbeitsspindel 10 nebeneinander angeordnet sind, dann kann mit dieser Lösung die Werkzeuganzahl für stehende Werkzeuge reduziert werden, da ein Werkzeug sowohl zum Längsdrehen als auch zum Plandrehen eingesetzt werden kann. Zwischen den beiden unterschiedlichen Bearbeitungsoperationen muß der Schwenkträger um weitere 90° geschwenkt werden.If standing tools 15 are arranged directly next to one another on the swivel carrier 39 of the work spindle 10 , then the number of tools for standing tools can be reduced with this solution, since a tool can be used both for longitudinal turning and for face turning. Between the two different machining operations, the swivel bracket must be swiveled another 90 °.
Eine weitere Ausführung des Scheibenmagazins ist in Fig. 3 dargestellt. Die Werkzeuge 12 sind hierbei in vertikaler Lage parallel zur vertikalen Vorschubachse des Werkstückträgers 6 angeordnet. Zum Werkzeugwechsel befindet sich die Arbeitsspindel 10 ebenfalls in einer vertikalen, nach oben weisenden Position.Another embodiment of the disk magazine is shown in FIG. 3. The tools 12 are arranged in a vertical position parallel to the vertical feed axis of the workpiece carrier 6 . For the tool change, the work spindle 10 is also in a vertical, upward-pointing position.
In Fig. 4 wird ein Magazin mit mehreren übereinander liegenden Reihen von Werkzeugen 12 gezeigt. Das Werkzeugmagazin ist direkt am Vertikalschlitten 4, auf der, der Arbeitsspindel 10 zugewandten Seite, montiert. Zum Werkzeugwechsel ist keine Drehbewegung des Magazins erforderlich. Zum Erreichen der verschiedenen übereinanderliegenden Reihen muß die Vorschubachse des Vertikalschlittens 4 entsprechend verlängert sein. Um eine zusätzliche Verlängerung der vertikalen Vorschubachse zu vermeiden, kann das Regalmagazin 41 aber auch verschiebbar auf dem Vorschubschlitten 4 angeordnet sein und beispielsweise mit einem Pneumatikzylinder zum Werkzeugwechsel nach unten verschoben werden.In FIG. 4, a magazine is shown with a plurality of superposed rows of tools 12th The tool magazine is mounted directly on the vertical slide 4 on the side facing the work spindle 10 . No rotary movement of the magazine is required to change the tool. In order to reach the different rows one above the other, the feed axis of the vertical slide 4 must be extended accordingly. In order to avoid an additional extension of the vertical feed axis, the shelf magazine 41 can also be arranged displaceably on the feed slide 4 and, for example, be moved downwards with a pneumatic cylinder for tool change.
In der untersten Werkzeugwechselposition kann das Regalmagazin 41 über geeignete Kupplungen 40 entkuppelt und beispielsweise im Bereich des Palettenwechslers 16 oder in einem übergeordneten Mehrfachspeicher wie in Fig. 16 gezeigt, abgelegt werden. Der Mehrfachspeicher ist in diesem Fall an Stelle des Palettenwechslers angeordnet. Als Kupplung 40 kann beispielsweise ein großer Steilkegel SK 60, sowohl für Werkstückträger 6 als auch für Regalmagazine 41 vorgesehen werden.In the lowest tool changing position, the shelf magazine 41 can be uncoupled via suitable couplings 40 and stored, for example, in the area of the pallet changer 16 or in a higher-level multiple storage as shown in FIG. 16. In this case, the multiple store is arranged in place of the pallet changer. For example, a large steep taper SK 60 can be provided as coupling 40 , both for workpiece carriers 6 and for shelf magazines 41 .
Der Mehrfachspeicher ist als Scheibe 42 oder Kette ausgeführt und weist ein vertikale Drehachse auf. Die Werkstückträger 6 und Werkzeugmagazine sind mit nach oben weisender Kupplung 40 im Mehrfachspeicher abgelegt. Wegen der vertikalen Anordnung der Drehachse können die Speichertaschen für Werkstückträger 6 und Regalmagazine 41 ohne Verriegelung ausgeführt werden. Einfache formschlüssige, vorgespannte Kunststofftaschen 43 in der entsprechenden Größe sind ausreichend. Bei Verwendung von scheibenförmigen Werkzeugmagazinen, die an die Rückseite des Werkstückträgers 6 aufgeschraubt sind, ist kein zusätzlicher separater Platz im Mehrfachspeicher für das Scheibenmagazin erforderlich. Es wird einfach zusammen mit dem Werkstückträger 6 abgelegt. Das in Fig. 5 dargestellte Scheibenmagazin weist eine zusätzliche horizontale Drehachse 25 auf, die am Vertikalschlitten 4 montiert ist. Zum Werkzeugwechsel ist eine Drehbewegung des Magazins erforderlich.The multiple store is designed as a disk 42 or chain and has a vertical axis of rotation. The workpiece carriers 6 and tool magazines are stored in the multiple memory with the coupling 40 pointing upwards. Because of the vertical arrangement of the axis of rotation, the storage pockets for workpiece carriers 6 and shelf magazines 41 can be designed without locking. Simple, form-fitting, pre-stressed plastic pockets 43 of the appropriate size are sufficient. When using disk-shaped tool magazines, which are screwed onto the back of the workpiece carrier 6 , no additional separate space in the multiple storage for the disk magazine is required. It is simply put down together with the workpiece carrier 6 . The disk magazine shown in FIG. 5 has an additional horizontal axis of rotation 25 which is mounted on the vertical slide 4 . A rotary movement of the magazine is required to change the tool.
Fig. 6 zeigt ein Werkzeugmagazin mit zwei gegenüberliegenden Reihen von Werkzeugen 12. Zum Werkzeugwechsel muß das Magazin lediglich ein Mal gedreht werden, wenn alle Werkzeuge 12 während eines Programmdurchlaufs aus einer Werkzeugreihe in die Arbeitsspindel 10 eingewechselt wurden und dann der Zugriff auf die zweite Reihe notwendig wird. Fig. 6 shows a tool magazine having two opposite rows of tools 12th To change the tool, the magazine only has to be rotated once when all tools 12 have been changed from one row of tools into the work spindle 10 during a program run and then access to the second row is necessary.
Die Werkzeugaufnahmen für stehende Werkzeuge 15 können auch kreisförmig um das Zentrum der Schwenkachse 11 der Arbeitsspindel 10 angeordnet sein, wie in Fig. 8 und 9 gezeigt. Die Arbeitsspindel 10 stellt in diesem Fall eine Kombination aus einem Werkzeugscheibenrevolver für stehende Werkzeuge 12 und einem Winkelfräskopf für automatischen Werkzeugwechsel dar, wobei die Arbeitsspindel jedoch als Motorspindel ausgeführt ist und nicht über ein Winkelgetriebe mit dem Motor der Schwenkachse 11 angetrieben werden muß. Durch Drehung der Arbeitsspindel 10 um die Schwenkachse 11 können auch feststehende Bearbeitungswerkzeuge 15 oder Greifwerkzeuge 23, die an der Arbeitsspindel 10 angeordnet sind, beispielsweise für eine Drehbearbeitung oder eine Honoperation oder eine Handhabungsaufgabe eingesetzt werden.The tool holders for stationary tools 15 can also be arranged in a circle around the center of the pivot axis 11 of the work spindle 10 , as shown in FIGS. 8 and 9. In this case, the work spindle 10 is a combination of a tool disk turret for stationary tools 12 and an angle milling head for automatic tool change, the work spindle, however, being designed as a motor spindle and not having to be driven with the motor of the pivot axis 11 via an angular gear. By rotating the work spindle 10 about the pivot axis 11 , stationary machining tools 15 or gripping tools 23 , which are arranged on the work spindle 10 , can also be used, for example, for a turning operation or a honing operation or a handling task.
Zur Reduzierung der benötigten Werkzeugspeicherplätze im Werkzeugmagazin und zur Erhöhung der Produktivität und Flexibilität können im Arbeitsraum Sondereinheiten vorgesehen werden, wie zum Beispiel Mehrspindelköpfe 20, stehende Aufnahmen für Räumwerkzeuge oder Stationen mit Schleifspindeln.To reduce the required tool storage space in the tool magazine and to increase productivity and flexibility, special units can be provided in the work area, such as multi-spindle heads 20 , stationary holders for broaching tools or stations with grinding spindles.
Zum Werkstückwechsel wird der Werkstückträger 6 im Bereich eines Palettenwechslers 16 mit horizontaler Drehachse 17 positioniert. Der Werkstückträger 6 wird mit geeigneten Maschinenelementen beispielsweise hydraulisch an den Wechslerarm 24 gekuppelt, anschließend wird der Werkstückträger 6 von der Drehachse 5 am Vertikalschlitten 4 entkoppelt und durch eine 180°-Drehung des Palettenwechslers 16 ausgetauscht. Diese Lösung ist für schwere und große Werkstückträger geeignet.To change the workpiece, the workpiece carrier 6 is positioned in the area of a pallet changer 16 with a horizontal axis of rotation 17 . The workpiece carrier 6 is hydraulically coupled to the changer arm 24 using suitable machine elements, for example, the workpiece carrier 6 is then decoupled from the axis of rotation 5 on the vertical slide 4 and replaced by a 180 ° rotation of the pallet changer 16 . This solution is suitable for heavy and large workpiece carriers.
Alternativ können die Werkstücke 19 auch ohne einen Wechsel des Werkstückträgers 6 direkt auf einem Speicherplatz 18 oder einem Rollenband durch Öffnen der Spannelemente 7, die das Werkstück 19 auf dem Werkstückträger 6 halten, abgelegt werden. Hierzu müssen die Spannelemente 7 nicht als spezielle Greifer ausgeführt werden, es muß lediglich auf einem geeigneten Transportband ein bei automatisierten Werkstücktransportsystemen allgemein bekannter Halter zum Ablegen der Werkstücke bereitstehen.Alternatively, the workpieces 19 can also be stored directly on a storage location 18 or a roller conveyor without changing the workpiece carrier 6 by opening the clamping elements 7 which hold the workpiece 19 on the workpiece carrier 6 . For this purpose, the clamping elements 7 do not have to be designed as special grippers; all that is required is a holder, known in automated workpiece transport systems, for placing the workpieces on a suitable conveyor belt.
Abhängig von der geforderten Umrüsthäufigkeit ist das Werkzeugmagazin entweder an der Drehachse 5 des Werkstückträgers 6 oder direkt an der Rückseite des Werkstückträgers 6 befestigt. Bei direkter Befestigung am Werkstückträger 6 wird bei jedem Wechsel des Werkstückträgers 6 auch das dazugehörige Werkzeugmagazin gewechselt, was beispielsweise bei Einzelfertigungen sinnvoll ist. Auch Kombinationen beider Varianten sind möglich wie in Fig. 2 dargestellt indem das untere Magazin am Werkstückträger befestigt ist und das obere kleinere Magazin 34 für Standardwerkzeuge 33 nicht wechselbar am Vertikalschlitten angeordnet ist.Depending on the required changeover frequency, the tool magazine is attached either to the axis of rotation 5 of the workpiece carrier 6 or directly to the rear of the workpiece carrier 6 . With direct mounting on the workpiece holder 6 of the workpiece holder 6, is also changed the associated tool magazine for each change which is useful for example in single unit production. Combinations of both variants are also possible, as shown in FIG. 2, in that the lower magazine is attached to the workpiece carrier and the upper, smaller magazine 34 for standard tools 33 is not interchangeably arranged on the vertical slide.
Die Realisierung der Erfindung ist mit eingeschränkter Flexibilität auch mit herkömmlichem Maschinenbett 28, wie in Fig. 10 gezeigt möglich. Hierbei wird die Querbewegung von einem Fahrständer 27 und die Längsbewegung vom Werstückschlitten 26 auf dem der Werkstückträger 6 nach oben gerichtet ist, ausgeführt. Sofern die Arbeitsspindel 10 nicht schwenkbar vorgesehen ist, müssen die stehenden Werkzeuge 15 für Drehbearbeitungen in einer ringförmigen drehbaren Aufnahme am Umfang des Spindelhalses 16 angeordnet sein.With limited flexibility, the implementation of the invention is also possible with a conventional machine bed 28 , as shown in FIG. 10. The transverse movement is carried out by a traveling column 27 and the longitudinal movement by the workpiece carriage 26 on which the workpiece carrier 6 is directed upwards. If the work spindle 10 is not provided to be pivotable, the stationary tools 15 for turning operations must be arranged in an annular rotatable receptacle on the circumference of the spindle neck 16 .
Auch mit dem Umbau von vertikalen Bearbeitungszentren ergeben sich die Funktionen einer Universalmaschine, wie in Fig. 11 gezeigt indem die Position von Werkstückträger 6 und Arbeitsspindel 10 vertauscht wird und mit den beschriebenen Magazinen ergänzt werden. Da die Vertikalachse bei diesem konstruktiven Aufbau relativ kurz ist, muß die Werkzeugscheibe 38 so ausgeführt werden, daß die Werkzeugtaschen 9 nach unten gerichtet sind und die Abdeckung des Magazins seitlich auseinandergezogen wird. Diese Öffnungsbewegung kann jedoch ebenfalls über die Vorschubbewegung des Vertikalschlittens 4 zwangsgesteuert werden, da die Position der Werkzeuge auf der Rückseite des Werkstückträgers 6 liegt und während der Werkstückbearbeitung nicht erreicht wird. Bei umgebauten vertikalen Bearbeitungszentren kann auch die in Fig. 4 dargestellte Regalvariante sinnvoll sein, da eine nachträgliche Verlängerung der Vorschubachse des Werkstückträgers 6 zu aufwändig wäre.The functions of a universal machine also result from the conversion of vertical machining centers, as shown in FIG. 11 by swapping the position of workpiece carrier 6 and work spindle 10 and supplementing them with the magazines described. Since the vertical axis is relatively short in this construction, the tool disc 38 must be designed so that the tool pockets 9 are directed downward and the cover of the magazine is pulled apart laterally. However, this opening movement can also be positively controlled via the feed movement of the vertical slide 4 , since the position of the tools lies on the back of the workpiece carrier 6 and is not reached during workpiece machining. In the case of converted vertical machining centers, the shelf variant shown in FIG. 4 can also be useful, since a subsequent extension of the feed axis of the workpiece carrier 6 would be too complex.
Auch Knickarmroboter oder Maschinen mit Parallelkinematiken können zu universellen Einrichtungen ausgebaut werden, indem ein Magazin für rotierende Werkzeuge an der Rückseite des rotierenden Werkstückträgers angeordnet ist und ein Magazin für stehende Werkzeuge an einer rotierenden Arbeitsspindel, im Bereich des Spindelhalses vorgesehen ist.Articulated arm robots or machines with parallel kinematics can also become universal devices be removed by placing a magazine for rotating tools on the back of the rotating Workpiece carrier is arranged and a magazine for stationary tools on a rotating Working spindle is provided in the area of the spindle neck.
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