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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine
für die
insbesondere spanabhebende Bearbeitung von Werkstücken durch
eine mindestens eine Bearbeitungsspindel aufweisende Bearbeitungseinheit, wobei
ein Werkzeugmagazin vorgesehen ist, welches zum Vorhalten und Wechseln
der Werkzeuge auf der Bearbeitungsspindel dient.
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Der Einsatz eines Werkzeugmagazins
bei variabel einsetzbaren Werkzeugmaschinen ist hinlänglich bekannt.
Für einen
raschen Werkzeugwechsel, der letztendlich auch die Taktzeit der
Werk zeugmaschine bestimmt, ist es grundsätzlich günstig, möglichst viele Werkzeuge im
Bereich der Bearbeitungsspindel beziehungsweise der Bearbeitungseinheit
aufzubewahren. Gleichzeitig wird von einem Werkzeugmagazin gefordert,
daß der
Wechselprozeß als
solcher sehr schnell durchgeführt
werden soll.
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Dies führt grundsätzlich dazu, daß verhältnismäßig große Werkzeugmagazine
im Bereich der Bearbeitungsspindel zu positionieren sind, das Gewicht
des Werkzeugmagazins ist dabei erheblich.
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Des weiteren muß an den bekannten Werkzeugmagazinen
auch eine Vorrichtung vorgesehen sein, die es erlaubt, das Werkzeugmagazin
für den Werkzeugwechselprozeß in den
Bereich der Bearbeitungsspindel zu bringen, soweit hierfür nicht
die jeweilige Bewegungsachse der Werkzeugspindel herangezogen werden
kann. Der konstruktive Aufwand und der Platzbedarf für die Werkzeugmagazine
ist in diesem Anwendungsfall entsprechend hoch, wobei dies notgedrungen
mit entsprechenden Einschränkungen
des Bearbeitungsraums einhergeht, der unter Umständen unmittelbar an das Werkzeugmagazin angrenzt.
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Die bekannten Werkzeugmagazine werden dabei
an eigenen Halterungen in der Nähe
der Bearbeitungsspindel montiert, wobei den entsprechenden Gewichten
des Werkzeugmagazins Rechnung getragen werden muß. Das bedeutet, daß unter
Umständen
in dem sowieso nur begrenzten Bearbeitungsraum die Zugänglichkeit
durch Streben behindert wird, die die Zugänglichkeit zum Bearbeitungsraum behindern
oder aber den Bearbeitungsraum entsprechend beschränken. Dabei
ist zu beachten, daß insbesondere
bei Mehrspindelanordnungen der Bearbeitungsraum noch genauer und
exakter zu planen ist, da auf dem engen Raum mehrere Bearbeitungen parallel
durchzuführen
sind. Die bekannten kragenden Bauweisen für die Befestigung des Werkzeugmagazins
gehen nicht grundsätzlich
konform mit der Anforderung einer hochgenauen Bearbeitung der Bearbeitungsspindeln.
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Die vorliegende Erfindung hat es
sich zur Aufgabe gemacht, bekannte Werkzeugmaschinen dahingehend
zu verbessern, daß das
Werkzeugmagazin möglichst
platzsparend ausgebildet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die
Erfindung aus von einer Werkzeugmaschine wie eingangs beschrieben
und schlägt
vor, daß das
Werkzeugmagazin von einem Tragbalken gehalten ist, welcher das Werkzeugmagazin
durchdringt.
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Die bekannten Konstruktionen hängen das Werkzeugmagazin
zum Beispiel an einen frei kragenden Träger auf. Dies führt dazu,
daß wertvoller
Bearbeitungsraum für
die Befestigung und den Anschluß des
Werkzeugmagazins und für
die Bewegung des Werkzeugmagazins geopfert wird. Dieser Nachteil
im Stande der Technik wird durch die Erfindung in sehr eleganter
Weise gelöst,
indem nämlich
das Werkzeugmagazin von dem Tragbalken durchdrungen wird und so
im Mittel zumindest ein Teil (zum Beispiel zwischen 25 % und 75
%) der benötigten
Werkzeuge oberhalb der sowieso notwendigen Tragkonstruktion und
somit nicht in unmittelbarer Nähe
zum Arbeitsraum platziert ist. Dabei ist natürlich das Werkzeugmagazin so
konzipiert, daß diese
nicht benötigten Werkzeuge
in rascher Weise in eine Wechselposition gebracht werden können. Ein
solcher Antrieb ist aber auch im Stand der Technik notwendig.
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Gleichzeitig ist es aber durch die
Ausbildung der Erfindung möglich,
den Tragbalken so zu lagern, daß er
zur Erhöhung
der Stabilität
der gesamten Werkzeugmaschine mit dient. Der Tragbalken ist so positionierbar,
daß er
nicht frei kragend die Masse des Werkzeugsmagazines aufnimmt. Dabei
ist es prinzipiell möglich,
die Lagerung des Tragbalkens so zu wählen, daß dieser im Bereich des Bearbeitungsraumes
nicht stört.
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Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen
erreicht die Erfindung eine effizientere Ausnutzung bei gleichzeitig
besserer Zugänglich keit
des Arbeitsraumes.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung ist vorgesehen, daß das Werkzeugsmagazin ein
in den Tragbalken einsetzbares Tragbalkenteil aufweist. Hierbei
ist geplant, daß das
Werkzeugmagazin als vormontierbare, modulare Baugruppe ausgebildet
ist, welche alle für
den Einsatz des Werkzeugmagazines notwendiges Element (Magazinantrieb,
Bewegungsachse) umfaßt.
Für Umrüstungszwecke
ist es dabei vorteilhaft, die gesamte Werkzeugmagazin-Baugruppe
gegen eine andere austauschbar auszugestalten, um die Rüstzeiten
an der Werkzeugmaschine möglichst
gering zu halten. Dabei besitzt das Werkzeugmagazin einen in den
Tragbalken einsetzbares Tragbalkenteil, das die entsprechenden Schnittstellen
(zum Beispiel mechanisch beziehungsweise elektrisch) besitzt.
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Es ist von Vorteil, wenn das Magazin
eine Aussparung im Bereich der Durchdringung des Tragbalkens aufweist.
Zum Beispiel ist vorgesehen, daß die
Aussparung größer ist
als der Balkenquerschnitt, zuzüglich
dem Hub eines Zylinders zur Positionierung des Werkzeugmagazines
im Bezug auf die Bearbeitungsspindel. Damit das Magazin vormontierbar und
einfach austauschbar ist, ist der Tragbalken vor und hinter dem
Magazin mit einer Schnittstelle ausgestattet und als Tragbalkenteil
ausgebildet.
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Des Weiteren ist es von Vorteil,
wenn das Werkzeugmagazin einen Bewegungsantrieb, zum Beispiel einen
Arbeitszylinder aufweist, der die Bewegung des Werkzeugmagazins
im Wesentlichen rechtwinklig zur Tragbalkenerstreckung, unter Ausnutzung
der Aussparung, erlaubt. Diese Beweglichkeit des Werkzeugmagazines
wird dann benötigt, wenn
eine entsprechende Bewegungsachse der Bearbeitungsspindel beziehungsweise
der Bearbeitungseinheit nicht zur Verfügung steht. Durch diesen Antrieb
ist es möglich,
das Werkzeugmagazin für
den Wechselvorgang im Bereich der Bearbeitungsspindel zu positionieren.
Die Erfindung legt sich dabei nicht darauf fest, ob sich das Werkzeugmagazin
oberhalb, unterhalb oder seitlich neben der Bearbeitungsspindel
befindet. Selbstverständlich
ist es auch möglich, daß sowohl
die Bearbeitungsspindel beziehungsweise die Bearbeitungseinheit,
wie auch das Werkzeugmagazin je einen parallel verlaufenden Antrieb
besitzen.
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Günstigerweise
wird als Bewegungsantrieb ein Arbeitszylinder eingesetzt. Dies ist
zum Beispiel ein Hydraulikzylinder, es ist aber auch möglich, den Arbeitszylinder
pneumatisch, zum Beispiel als Gewichtsausgleichzylinder auszubilden.
Es sind aber auch elektromechanische Antriebe, zum Beispiel Elektromotor
und Kugelrollspindel und so weiter, einsetzbar.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen,
daß das
Werkzeugmagazin eine Magazintür
aufweist, die im Falle des Werkzeugwechsels geöffnet ist. Üblicherweise ist das Werkzeugmagazin
in einem Gehäuse
eingebaut, um zu vermeiden, daß die
Werkzeuge beziehungsweise die Werkzeugaufnahme durch ansonsten herumfliegende
Partikel wie Späne und
so weiter verunreinigt werden, was ein sicheres und zuverlässiges Aufspannen
des Werkzeuges auf der Bearbeitungsspindel vereiteln könnte. Für den Wechselprozeß, bei welchem
das zu wechselnde Werkzeug nicht mehr in Bearbeitung steht, wird
die Magazintüre
geöffnet.
Die Magazintüre
befindet sich dabei unterhalb des Magazines und oberhalb des Arbeitsraumes
(vorausgesetzt, das Magazin befindet sich über dem Arbeitsraum beziehungsweise
der Bearbeitungsspindel). Für
die Öffnungsbewegung
der Magazintüre
wird nun die nächste
Erfindung vorgeschlagen, daß von
der Bewegung des Werkzeugmagazines auf den Tragbalken die Öffnungsbewegung der
Magazintüre
abgeleitet wird.
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Diese erfindungsgemäße Weiterentwicklung spart
die ansonsten bekannten, hydraulischen Türantriebe ein. Ein separates
Ventil, ein Arbeitszylinder, ein Metallgewebedämpfer, ein Endschalter, Elektronik
für die
Schaltabfrage und so weiter entfallen. Durch die prinzipielle mechanische
Ausbildung (dies kann zum Beispiel durch einen Riementrieb oder
eine Hebelmechanik erfolgen), wird eine einfache, billige und zuverlässige Lösung vorgeschlagen.
Dabei weist diese Lösung
auch eine hohe Personensicherheit auf, da die Magazintüre von einer
von der Steuerung überwachten
Achse mitbewegt wird, die sowieso personensicher ist. Somit kann
auch der Werkzeugwechsel bei offener Schutztüre der Werkzeugmaschine zugelassen
werden. Dabei ist es möglich,
beliebig große
Türbreiten
zu realisieren, da der Aufwand für
einen größeren Arbeitszylinder,
der sowieso für
die Bewegung des Werkzeugmagazines auf dem Tragbalken benötigt wird,
hierbei irrelevant ist.
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Die Erfindung behält es sich vor, für den vorgenannten
Gegenstand gegebenenfalls eigenständig und losgelöst von den übrigen Gedanken
Schutz zu suchen.
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Die Aufgabe der Erfindung, nämlich eine möglichst
platzsparende Anordnung des Werkzeugmagazines in der Werkzeugmaschine
zu erreichen, wird auch durch die nachfolgend präsentierte Lösung erreicht.
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Hierbei wird ebenfalls erfindungsgemäß eine Werkzeugmaschine
vorgeschlagen, wobei für
die insbesondere spanabhebende Bearbeitung von Werkstücken mehrere
Bearbeitungsspindeln vorgesehen sind. Hierbei dient ein Werkzeugmagazin
zum Vorhalten und Wechseln der Werkzeuge mindestens zweier Bearbeitungsspindeln.
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Im Stand der Technik war es bekannt,
daß bei
Mehrspindel-Werkzeugmaschinen jeweils ein Magazin pro Spindel vorgesehen
war. Dies führt
zu einer entsprechend hohen Anzahl von Werkzeugmagazinen im Bereich
der Spindel. Dies bedeutet, daß der
sowieso schon knappe Arbeitsraum durch die hohe Anzahl von Werkzeugmagazinen
weiter eingeengt wird.
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Die Erfindung vermeidet diese Probleme
des Standes der Technik und schlägt
vor, daß das
Werkzeugmagazin der zu wechselnden Werkzeuge mindestens zweier Bearbeitungsspindeln,
gegebenenfalls der gleichen oder auch verschiedener Bearbeitungseinheit/en,
dient.
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Insbesondere wird vorgeschlagen,
daß das Werkzeugmagazin
als Kettenmagazin ausgebildet ist und die Kette endlos umzulaufen
vermag und die Kette Werkzeugzangen zur Aufnahme der Werkzeuge trägt. Der
Einsatz von Kettenmagazinen als Werkzeugmagazine ist im Stand der
Technik bekannt. Alternativ dazu ist es auch bekannt, das Werkzeugmagazin
als Scheibenmagazin auszubilden. Insbesondere ist es möglich, das
Werkzeugmagazin mit einer ringartigen Scheibe auszustatten, wobei
die Scheiben an ihren Außenseiten
Werkzeugzangen zur Aufnahme der Werkzeuge trägt.
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Die ringartige Ausgestaltung erlaubt
es in einfacher Weise, eine drehbare Scheibe um den Tragbalken herum
zu realisieren. In gleicher Weise ist es natürlich auch möglich, ein
endlos umlaufendes Kettenmagazin zu gestalten, welches den Tragbalken
umschließt
und von diesem durchdrungen wird. Der Anmelder behält es sich
vor, für
diesen Gegenstand, losgelöst
von der speziellen Anordnung des Tragbalkens, welcher das Werkzeugmagazin
durchdringt, eigenständigen
Schutz zu verlangen.
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Die Erfindung vereint aber gerade
in den beiden Vorschlägen
erhebliche Vorteile, weil gerade dann, zum Beispiel bei Mehrspindelanwendungen, diese
beiden, jeweils auch getrennt funktionierenden Vorschläge, zu einer
erheblichen Platzeinsparung im Bearbeitungsraum führen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung ist vorgesehen, daß die
(ringartige) Scheibe an ihrer Außenseite rund oder mehreckig
ausgebildet ist.
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Gerade die mehreckige Ausgestaltung
der Scheibe ist in einem Einsatz des Werkzeugmagazines bei Mehrspindelbearbeitungseinheiten
von Vorteil, da die Werkzeuge so angeboten werden, wie sie von den
Bearbeitungsspindeln aufgenommen werden.
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Günstig
ist es, wenn der Abstand der Zangen dem Abstand der Spindeln entspricht.
Hierbei ist jeweils auf den Mittelabstand abzustellen, das heißt, das
jeweilige Achsmaß ist
einander gleich. Eine solche Ausgestaltung der Erfindung ist zum
Beispiel mit einem Kettenmagazin möglich, wobei die jeweilige Kettenteilung
dem Abstand der Bearbeitungsspindel entspricht. Dies ist aber auch
bei einem als Scheibe ausgestatteten Werkzeugmagazin möglich. In
diesem Fall werden auf jeder Seite der n-eckigen Scheibe so viele
Zangen wie Spindeln oder m-Sätze
mit k-Zangen in gerader Linie nebeneinander angeordnet. Entweder
es werden dann alle k-Werkzeuge von den k-Spindeln aufgenommen oder
die Spindel beziehungsweise das Werkzeugmagazin wird entsprechend
zur nächsten
freien oder belegten Zange zur Ablage oder Aufnahme eines Werkstückes weitergetaktet.
Es ergibt sich zum Beispiel eine Werkzeuganordnung 1111-2222-3333,
wobei gleiche Ziffern parallelen Einsatz der Werkzeuge an den jeweiligen
Bearbeitungsspindeln bedeuten.
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Alternativ hierzu ist es auch möglich, daß der Abstand
der Spindel ein ganzzahliges Vielfaches des Zangenabstandes ist.
In diesem Fall sind die Zangensätze
(und damit verbunden auch die dazugehörigen Werkzeugsätze) alterierend
angeordnet. Zum Beispiel sind die Werkzeuge wie folgt angeordnet: 1-2-3,
1-2-3 und so weiter. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß nur eine
kleine Relativbewegung zwischen der ersten Werkzeugzange und der
Werkzeugspindel durchgeführt
werden muß,
um einen zweiten Werkzeugsatz anzubieten. Dies kann in kurzer Zeit
erfolgen.
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In einer weiteren, erfindungsgemäßen Variante
ist vorgeschlagen, daß der
Abstand der Bearbeitungsspindel variierbar ist. Zum Beispiel ist
dies günstig,
wenn ein anderes Werkzeugmagazin eingebaut worden ist, welches zum
Beispiel eine höhere Dichte
von Werkzeugen besitzt und der mittlere Abstand zwischen den Werkzeugzangen
geringer ist. Dies führt
dazu, daß der
mittlere Abstand der Spindeln zu reduzieren ist. Um insbesondere
einen gleichzeitigen Werkzeugwechsel durchführen zu können, ist es von Vorteil, den
Abstand der Bearbeitungsspindel variierbar zu gestalten. Dies kann
zum Beispiel durch eine entsprechende händische oder auch durch eine
automatische Steuerung erfolgen. Zum Beispiel ist in einer solchen
Variante ein Verstellantrieb vorgesehen, durch den der Abstand der
Bearbeitungsspindeln variierbar ist. Gegenbenenfalls erfolgt so
etwas automatisch, zum Beispiel aufgrund eines entsprechenden Datenaustausches,
wenn nämlich
die Steuerung den Typ des eingebauten Werkzeugmagazines erkennt
und aufgrund des Types aus der Datenbank den Zangenabstand entnimmt
und diese Information der Steuerung für den Verstellantrieb der Bearbeitungsspindeln
zuleitet.
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Erfindungsgemäße Werkzeugmaschinen besitzen
durch die Mehrspindligkeit bereits eine höhere Zerspanleistung. Durch
die höhere
Zerspanleistung wird auch die Verweildauer des Werkstückes in
der Werkzeugmaschine oder in einer die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine
umfassenden Bearbeitungslinie, Transferstraße oder Verkettung entsprechend
gesenkt. Entscheident für
die Leistungsfähigkeit
einer Werkzeugmaschine, aber auch für komplexere Bearbeitungslinien
sind nicht nur die Schneid- oder
Zerspanleistungen unmittelbar, sondern auch möglichst kurze Totzeiten, zum
Beispiel während
des Aus- und Einwechseln der Werkstückes beziehungsweise dem Umrüsten der
Werkzeuge. Die Erfindung erreicht einen erheblichen Zeitvorsprung,
wenn der Werkzeugwechsel an zumindest zwei Bearbeitungsspindeln
gleichzeitig erfolgt. Durch diesen erfindungsgemäßen Vorschlag werden die Rüstzeiten
erheblich reduziert und die Effizienz beziehungsweise Leistung der
Werkzeugmaschine entsprechend gesteigert.
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Durch eine Einstellmöglichkeit
des Spindelabstandes wirkt dieser Vorteil, unabhängig von der konkreten Ausgestaltung
des Zangenabstandes, auf das Werkzeugmagazin. Die Flexibilität einer
solchen erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
steigt erheblich.
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Günstigerweise
befindet sich dabei die Bearbeitungsspindel einer Bearbeitungseinheit
auf einer Führung,
derart, daß der
Abstand zwischen den Bearbeitungsspindeln veränderbar ist.
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Neben der Möglichkeit, den Abstand der
Bearbeitungsspindeln zu variieren, ist es gemäß der Erfindung aber auch möglich, den
Abstand der Zangen zueinander zu variieren. Somit ist es möglich, verschiedene
Werkzeugmagazine variabel auf unterschiedlichen, erfindungsgemäß ausgestatteten Werkzeugmaschinen
einzusetzen und durch eine entsprechende Änderungen des jeweiligen Zangenabstandes
diesen den jeweiligen spezifischen Abständen der Bearbeitungsspindeln
anzupassen.
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Sehr günstig ist es, wenn die Zangen
in einer Linearführung
verschieblich gelagert sind und ein Zangenverstellantrieb den Abstand
der Zangen voneinander ändern.
Hierdurch ist es prinzipiell möglich, daß auch der
Zangenabstand automatisch zum Beispiel über die Steuerung veränderbar
ist.
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Weite erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind
in den Unteransprüchen
beschrieben. Die Erfindung ist schematisch in der Zeichnung gezeigt.
Es zeigen:
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1 in
einer dreidimensionalen Ansicht die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine;
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2 eine
Frontansicht nach 1;
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3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 und 18 verschiedene
Details des Werk magazins der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, jeweils
in einer Ansicht und
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15, 16, 17 Details des Werkzeugmagazintürantriebes
der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
in einer Ansicht.
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In 1 ist
die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine
schematisch dargestellt. Die zu bearbeitenden Werkstücke befinden
sich auf der Transportbahn 14. Sie befinden sich von einem
Spanschutztunnel 15 verdeckt zum Beispiel auf einer Durchfahrt
durch diese Werkzeugmaschine. Zur besseren Übersichtlichkeit ist das zu
bearbeitende Werkstück
nicht dargestellt.
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Mit 2 ist je eine Bearbeitungseinheit
dargestellt. Die Bearbeitungseinheiten erstrecken sich in diesem
Ausführungsbeispiel
beidseitig auf unterschiedlichen Seiten der Bearbeitungsbahn 14.
Das zu bearbeitende Werkstück
würde sich
zwischen den beiden Bearbeitungseinheiten 2 befinden. Jede
dieser Bearbeitungseinheiten weist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei Bearbeitungsspindeln 3 auf. Diese sind in dem hier
gezeigten Ausführungsbeispiel
von dem Gehäuse
der Bearbeitungseinheit 2 verdeckt.
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Die komplette Werkzeugmaschine ruht
auf einem Maschinenbett 12. Das Maschinenbett erstreckt
sich dabei beidseitig der Transportbahn 14. Das Maschinenbett
weist mehrere Ständer 11 auf, die
die Bearbeitungseinheiten überragen.
Die Ständer 11 tragen über einen
Querholm 16 den Tragbalken 10. Der Tragbalken 10 ist
dabei beidseitig der Transportbahn letztendlich auf den Ständern 11 gelagert
und versteift die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine.
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Der Tragbalken 10 trägt das Werkzeugmagazin 4.
Es ist gut zu erkennen, daß der
Tragbalken 10 das Werkzeugmagazin durchdringt. Ebenfalls
ist es gut zu erkennen, daß ein
Teil der Werkzeuge 31 in dem Werkzeugmagazin 4 unterhalb
des Tragbalkens 10, und ein anderer Teil der Werkzeuge 31 oberhalb des
Tragbalkens 10 vorgehalten wird. Der Tragbalken 10 ist
hierbei im Wesentlichen parallel zur Spindelachse 30 der
Bearbeitungsspindel 3. Dies führt zu einfachen, konstruktiven
Gegebenheiten, da die jeweiligen Bewegungen zueinander rechtwinklig
erfolgen.
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Dadurch wird erreicht, daß im Arbeitsraum 13,
in welchem die Werkzeugspindel auf das Werkstück einwirkt, nur die tatsächlich benötigten Werkzeuge
für einen
Werkzeugwechsel vorgehalten werden. Andere Werkzeuge sind aufgrund
der Bewegbarkeit des Werkzeugmagazines nach oben ausgelagert und
werden bei Bedarf hereinbewegt.
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Das Ausführungsbeispiel in 1 stellt ein Werkzeugmagazin
dar, welches als Kettenmagazin 45 ausgebildet ist. Auf
einen im Wesentlichen rechteckigen Rahmen läuft eine Kette 405 endlos
um.
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Hierbei ist es günstig, daß der Tragbalken 10 zur
Aussteifung der Werkzeugmaschine 1 dient. Der Tragbalken 10 liegt
dabei zum Beispiel auf den Ständern 11 auf,
die auch zur Führung
des Werkstückschlittens 17 dienen.
Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn zu beiden Seiten des Transportbandes beziehungsweise
dieser Ständer
Bearbeitungseinheiten vorgesehen werden. Denn hier müssen die Ständer wegen
einer ausreichenden Zugänglichkeit zur
Bearbeitung verhältnismäßig filigran
sein. Auch in diesem Fall steift der Tragbalken 10 die
Maschine aus.
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Insbesondere in 2 ist deutlich zu erkennen, daß sich der
Tragbalken 10 oberhalb der Bearbeitungseinheit 2 erstreckt.
Es ist alternativ auch möglich,
den Tragbalken seitlich neben der Bearbeitungseinheit beziehungsweise
der Bearbeitungsspindel anzuordnen. Die Anordnung oberhalb der Transportbahn 14 ist
günstig,
da dadurch der Tragbalken nicht mit der Transportbahn kollidiert
und überhalb der
Maschinen in der Regel ausreichend Platz zur Verfügung steht.
Dabei ist es auch von Vorteil, daß der Tragbalken 10 auch
den Bearbeitungsraum 13 überspannt. In diesem Fall stützt sich
der Tragbalken auf Ständern 11 ab,
die bezüglich
der Transportbahn 14 auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet
ist, wohingegen das Werkzeugmagazin auf der anderen (rechten) Seite
(in 2) angeordnet ist.
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Des Weiteren ist es von Vorteil,
daß das Werkzeugmagazin 10 vertikal
absenkbar ist. Eine solche Ausgestaltung ist dann von Vorteil, wenn,
wie in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel,
die Bearbeitungseinheit beziehungsweise die Werkzeugspindel keinen
vertikalen Stellantrieb aufweist. In dem hier gezeigten Beispiel
wird dies durch den Werkstückschlitten 17 geleistet.
Um die zu wechselnden Werkzeuge 31 in dem Bereich der Bearbeitungsspindel 3 zu
bringen, ist es dabei günstig,
das Werkzeugmagazin 4 abzusenken.
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Der spezielle Aufbau eines Werkzeugmagazines
gemäß der Erfindung
wird prinzipiell mit Hilfe der 3 und 4 erläutert. Die 3 zeigt hierbei in Ansicht ein als ringartige
Scheibe 47 ausgestaltetes Werkzeugmagazin, welches aber
bezüglich
des Anschlußes
an den Tragbalken 10 in gleicher Weise ausgeführt ist,
wie das in 1 gezeigte
Kettenmagazin.
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In 4 ist
eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, gezeigt. Das Werkzeugmagazin 4 ist
als Modul ausgestaltet und erlaubt einen schnellen Austausch in
der Werkzeugmaschine. Da erfindungsgemäß vorgeschlagen ist, das Werkzeugmagazin 4 von dem
Tragbalken 10 durchdringen zu lassen, wird vorteilhafterweise
das Werkzeugmagazin 4 so realisiert, daß dieses ein lös bares Tragbalkenteil 40 aufweist, welches
an entsprechenden Schnittstellen in den Tragbalken 10 einsetzbar
ist.
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Das Werkzeugmagazin besitzt eine
Aufnahme 48. Diese bewegt sich bezüglich der die Werkzeuge aufnehmenden
Werkzeugzangen 46 nicht und stellt somit eine stillstehende
Anbaufläche
dar, die man zum Beispiel zum Anbau von Werkzeugprüfeinrichtungen,
Magazinzangenbetätigungseinrichtungen
und so weiter nutzen kann.
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Die Aufnahme 48 besitzt
eine Aussparung 41, die seitlich von Führungen 43 begrenzt
ist. Das Tragbalkenteil 40, welches eine ansonsten vorgesehene
Lücke im
Tragbalken 10 schließt,
ist entlang dieser Führung 43 in
der Aussparung 41 beweglich. Umgekehrt bedeutet dies, daß die Aufnahme 48 bezüglich des
Tragbalkens 10 beweglich ist. Hierfür ist ein linearer Bewegungsantrieb 42 vorgesehen.
Der Bewegungsantrieb 42 ist zum Beispiel ein Hydraulik- oder
Pneumatikzylinder, es kann aber auch ein mechanischer Antrieb sein.
Durch diesen Bewegungsantrieb 42 wird erreicht, daß das Werkzeugmagazin 4
zum Wechseln der Werkzeuge 31 in dem Bereich der Spindel 3 absenkbar
ist. Um die nicht rotierende Aufnahme 48 ist die ringartige
Scheibe 47 drehbar gelagert (4).
Die ringartige Scheibe 47 trägt über Werkzeugzangen 46 die
Werkzeuge 31.
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Die vorgenannte Lösung erlaubt eine sehr platzsparende
Anordnung einer großen
Anzahl von Werkzeugen 31 nahe am Bearbeitungsraum 13.
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Es ist von Vorteil, daß die Werkzeugmaschine 1 mindestens
zwei Bearbeitungseinheiten 2 besitzt. Diese erlauben eine
variable Bearbeitung des Werkstückes.
Insbesondere ist es dabei günstig,
daß die
Bearbeitungseinheiten 3 von unterschiedlichen Seiten her
das Werkstück
bearbeiten, wie das zum Beispiel in 1 beziehungsweise
in 2 gezeigt ist.
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In diesem Zusammenhang ist es von
Vorteil, daß das
Werkzeugmagazin auf dem Tragbalken verfahrbar ist. Es ist daraus
prinzipiell möglich,
daß das Werkzeugmagazin
zum Wechseln der Werkzeuge der Bearbeitungsspindel mehrerer Bearbeitungseinheiten
dient. In diesem Ausführungsbeispiel
versorgt somit das Werkzeugmagazin zwei Bearbeitungseinheiten mit
gegebenenfalls unterschiedlich orientierten Spindeln, was aber durch
das Werkzeugmagazin beziehungsweise die daran vorgesehenen Zangen
in einfacher Weise kompensiert wird, indem diese geeignet sind,
die Werkzeuge in zwei Richtungen zu fassen.
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Ählich
wie bei der erfindungsgemäßen Lösung, daß ein Werkzeugmagazin
zum Vorhalten und Wechseln der Werkzeuge mindestens zweier Bearbeitungsspindeln
dient, dient auch die vorgenannte Lösung zu einer effektiven Ausnutzung
des knappen Raums am oder im Bearbeitungsraum.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der
Erfindung ist vorgesehen, daß an
der Aufnahme 48 ein Antrieb 49 für das Werkzeugmagazin 4,
insbesondere ein Kettenantrieb oder ein Rotationsantrieb für die Scheibe 47 vorgesehen
ist. Dieser Antrieb 49 dient dazu, die jeweils benötigten Werkzeuge
31 zum Einwechseln oder Leerplätze
zum Auswechseln nicht mehr benötigter
Werkzeuge an die Bearbeitungsspindel heranzutransportieren.
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Insbesondere die Lösung bei
einer ringartigen Scheibe (entweder rund oder vieleckig) führt in einfacher
Weise zu einer einfachen Übersetzung.
Die ringartige Scheibe 47 weist dabei auf ihrer Innenseite 400 einen
Zahnkranz auf und der Zahnkranz wirkt zusammen mit dem Kitzel des
Rotationsantriebes 49.
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Für
die Aufnahme der Werkzeuge 31 sind am Rand der Scheibe 47 Werkzeugzangen 46 mit entsprechendem
Abstand angeordnet. Der Abstand der Zangen 46 ist dabei
so gewählt,
daß er
dem Abstand der Spindeln 3 entspricht.
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In 5, 6 ist eine vorteilhafte Variante
der Ausgestaltung des Werkzeugmagazins nach der Erfindung dargestellt.
Auf den ersten Blick scheinen die Werkzeugzangen 46 auf
dieser als Sechseck ausgebildeten Scheibe 47 keine Ordnung
zu besitzen. Tatsächlich
aber sind sie in sehr intelligenter und effektiver Weise zueinander
ausgerichtet. Dies wird in der als 6 dargestellten
Vergrößerung deutlich.
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Auf jeder der Seiten des in 5 gezeigten Sechseckes sind
jeweils acht Werkzeugzangen angeordnet. Diese unterteilen sich in
zwei Zangensätze 6, 60.
Der erste Zangensatz 6 unterscheidet sich von dem zweiten
Zangensatz 60 derart, daß die Vorderkanten der jeweiligen
zu einem Zangensatz gehörenden
Zangen auf einer gemeinsamen Zangenlinie 61, 62 liegen.
Die Zuordnung der verschiedenen Zangen auf die jeweiligen Zangensätze ist
alternierend derart, daß die
erste Zange zu Zangensatz eins, die zweite Zange zu Zangensatz zwei,
die dritte Zange zu Zangensatz eins und so weiter zugeordnet ist.
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Der Ablauf ist nun wie folgt. Wenn
die Werkzeugspindeln die vier ersten Werkzeuge in dem ersten Zangensatz 6 zurückgelegt
haben, taktet die Scheiben 47 um den Winkel α, der zwischen
den ersten und zweiten Zangenlinie 61, 62 besteht,
weiter, zu dem zweiten Zangensatz 60. Dann werden die Bearbeitungsspindeln
mit dem zweiten Werkzeugsatz 60 geladen. Bis zum nächsten Wechsel
taktet die Scheibe um einen größeren Winkel
zu einer anderen Seite des Sechseckes. Dieses Weitertakten erfolgt zum
Beispiel während
der Bearbeitung und benötigt somit
keine zusätzliche
zeit.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung
liegt darin, daß gleichzeitig
für eine
größere Anzahl
von Spindeln in schneller Zeit das jeweils benötigte Werkzeug gleichzeitig
eingewechselt werden kann. Das in 5 dargestellte
Ausführungsbeispiel
zeigt 2 x 4 Zangen. Es ist aber auch möglich, jeweils k Zangen in
einem Zangensatz zusammenzufassen, wobei k eine ganze Zahl ist.
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In 7, 8 ist eine weitere Variante
der Erfindung gezeigt. Auch hier bedeutet die 8 eine Vergrößerung eines Details nach 7. In diesem Ausführungsbeispiel
sind Zangenplatten 404 vorgesehen, die eine oder mehrere
Zangen 46 beziehungsweise Zangensätze 6, 60 tragen,
wobei die Zangenplatte 404 als Ganzes mit der Scheibe 47 verbindbar ist.
Dabei wird die Platte 404 mit Schrauben und Muttern auf
der Scheibe 47 befestigt. Diese erfindungsgemäße Weiterentwicklung
erlaubt einen leichten und einfacheren Austausch einer größeren Zahl
von Zangen oder ganzer Zangensätze.
Für eine
gewisse Einstellbarkeit ist es günstig,
wenn die Zangen 46 in Langlöchern 403 geführt und
gehalten sind. Dies ist zum Beispiel in 9, 10 gezeigt,
wobei auch hier 10 eine
Vergrößerung eines
Teils nach 9 ist. Dabei
besitzt die Zangenaufnahme, also der Bereich an welchem die Zange 46 an
der Scheibe anschließt, ein
Langloch 403. Dies erlaubt eine gewisse Einstellbarkeit
der Lage der Zange und Anpaßbarkeit
bezüglich
des Spindelabstandes. Die Langlöcher
können dabei
auch auf der Scheibe 47 oder der Platte 404 angeordnet
sein.
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Ähnlich
wie 7, 8 zeigt auch 11, 12 den
Einsatz einer Zangenplatte zur Aufnahme einer größeren Anzahl von Zangen 46.
Die in 11 gewählte Zangenplatte
ist eher rechteckig ausgebildet, wohingegen der Vorschlag nach 7 eine konkave Zangenplatte 404 zeigt.
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In 13, 14 sind zwei verschiedene
Konzepte für
das Anbieten der ein- und auszuwechselnden Werkzeuge angedeutet.
In dem Beispiel nach 13 sind
achtundvierzig Werzeuge in einem Zwölfeck mit vier Zangen pro Seite
vorgesehen. Eine solche Anordnung ist zum Beispiel dann einsetzbar, wenn
ein Einspindler durch Verfahren entlang der X-Achse jeweils vier
Werkzeuge erreicht. Erst dann ist ein Weitertakten der Scheibe notwendig.
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Alternativ ist es aber auch möglich, mit
dem hier dargestellten Beispiel eine Vierspindler-Maschine zu betreiben,
wobei parallel zueinander vier Werkzeuge zum Ein- beziehungsweise
Auswechseln angeboten werden. In diesem Fall ist dann das Werkzeug
um 30° weiterzutakten,
um nach der Abgabe von Werkzeugen neue Werkzeuge entgegenzunehmen.
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Hiergegen schlägt die Lösung nach 14 sechsunddreißig Werkzeugzangen vor, die
an einem Sechseck orientiert angeordnet sind und pro Seite jeweils
in zwei winklig zueinander verstellten Zangensätze gruppiert sind. Die Anordnung
entspricht hier dem in 5 oder 6 Ausgeführtem.
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18 zeigt
eine Möglichkeit,
den Zangenabstand im Werkzeugmagazin 4 stufenlos zu verändern. Dargestellt
ist ein Ausschnitt der Magazinscheibe, zum Beispiel eine Seite eines
Sechseckes. Vier Zangen 46 sind in einer Linearführung 402 verschieblich
gelagert. Sie sind untereinander durch einen Gewindetrieb 401 verbunden.
Dieser Gewindetrieb hat für
die verschiedenen Zangen entweder ein Links- oder ein Rechtsgewinde.
Dabei ist die Gewindesteigung der Zangen jeweils unterschiedlich.
Wird nun die Spindel gedreht, so ändert sich der Zangenabstand
gemäß Steigung,
Steigungsdifferenz und Steigungsrichtung der Gewinde. Dabei ist
es möglich,
die Spindel manuell oder automatisch zu verstellen. Sie kann selbsthemmend
ausgebildet sein, alternativ können
die Zangen nach Verstellung in der Führung geklemmt werden.
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In 17 ist
eine Variante gezeigt, wie die Öffnungsbewegung
der Magazintüre 44 von
der Bewegung des Werkzeugmagazines 4 abgeleitet ist.
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Üblicherweise
befindet sich die Magazintür 44 unterhalb
des Magazines 4 und somit oberhalb des Arbeitsraumes 13.
Dazu wird der Magazinhub nach oben über das mindesterforderliche
Maß hinaus
verlängert,
die Magazintür 44 ist
zum Beispiel als Aluminium-Gliederbandtüre ausgebildet. Der Antrieb der
Türe erfolgt über ein
Zugmittel 70. Der Riemen 70 läuft über zwei Rollen 71, 72 die
mit dem Werkzeugmagazin 4 mitbewegt werden. Ein Riementrum
ist ortsfest 74 geklemmt, das andere mit der als Gliederband 73 ausgestalteten
Werkzeugmagazintüre 44 verbunden.
Dadurch macht das Band 73 den doppelten Hub des Magazines 4.
Das Werkzeugmagazin 4 kann die Türe 44 erst dann durchfahren,
wenn die Türe
ganz geöffnet
ist. Daher ist der Magazinhub um den halben Türöffnungshub zu vergrößern. Der
Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß hier kein eigener Türantrieb
mit Abfrageeinrichtung und so weiter notwendig ist. Darüberhinaus
hat das Werkzeugmagazin schon volle Geschwindigkeit erreicht, wenn
es in den Arbeitsraum 13 der Maschine eindringt.
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Alternativ zu der nach 17 vorgestellten Riemenanordnung
kann die Türe 44 auch
mit einer Hebemechanik (siehe 15, 16) angetrieben werden. Die
in 15, 16 dargestelle Hebelmechanik wird dabei
so ausgelegt, daß nach
dem halben Magazinweg ein Totpunkt erreicht wird und die Tür sich in
der zweiten Hälfte
des Magazinweges nur noch wenig bewegt. Dadurch ist es möglich die
Türe aus festem
Blech anstelle einer Gliederschürze
und so weiter auszuführen.
In 15 ist die geschlossene, in 16 die geöffnete Magazintüre 44 gezeigt.
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Die in 15, 16 dargestellte Hebelmechanik 75 besteht
aus drei Hebeln 76, 77 und 78. Der Hebel 78 schließt an die
Türe 44 an
und ist gelenkig verbunden mit dem Hebel 76, der zum Beispiel
ortsfest gelagert ist. Am Hebel 76 ist gelenkig der Hebel 77 angeschlossen,
der zum Beispiel mit dem Werkzeugmagazin 4 verbunden ist.
Durch die dargestellte Vertikalbewegung (Y-Pfeil in 15) wird der Hebel 77 nach unten
versetzt und entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Er zieht somit
den Hebel 76 ebenfalls entgegen der Uhrzeigerrichtung.
Diese Bewegung wird durch den Hebel 78 auf die Türe 44 umgelenkt,
die zum Beispiel in einer Führung
gehalten ist und eine Linearbewegung nach rechts zum Öffnen ausführt. Somit
kann eine Öffnungsbewegung
für die Werkzeugmagazintüre 44 von
der Vertikalbewegung Y des Werkzeugmagazines 4 geschickt
abgeleitet werden.
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Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten
Ansprüche
sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
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Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere
auch des einschlägigen
Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal
für das
Ziel der Erfindung zwar günstig,
nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon
jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere
im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.
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Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann sehr
vielfältig
eingesetzt werden. Es ist möglich, diese
als Einzelmaschine zu betreiben, also keine Verkettung vorzusehen.
Es ist aber auch möglich,
die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine
als Teil einer Bearbeitungslinie einzusetzen. Hierbei sind die Werkzeugmaschinen
untereinander verkettet, zum Beispiel in einer Transferstraße. Auch
kann die Werkzeugmaschine als Bearbeitungszentrum ausgebildet sein.
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Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen
weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches
durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind
diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen,
gegenständlichen
Schutzes für
die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
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Merkmale, die bislang nur in der
Beschreibung offenbart wurden, können
im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung,
zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.
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Merkmale, die nur in de Beschreibung
offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die
eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung
vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar
auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen
erwähnt wurden
beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders
günstige
Ergebnisse erreichen.