DE20105315U1 - Werkzeugwechselvorrichtung für eine einen verfahrbaren Bearbeitungskopf aufweisende Bearbeitungsmaschine - Google Patents

Description

.&udiagr;.&igr; -j.j\j &igr;

G 19488 - rets 21. März 2001

Maschinenfabrik Berthold Hermle AG. 78559 Gosheim

Werkzeucrwechselvorrichtuncr für eine einen verfahrbaren Bearbeitungskopf aufweisenden Bearbeitungsmaschine

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine einen verfahrbaren Bearbeitungskopf aufweisende Bearbeitungsmaschine, mit einem eine Vielzahl von Werkzeughalterungen aufweisenden Werkzeugmagazin, das einen motorischen Antrieb zum wahlweisen Verfahren der Werkzeughalterungen in eine Werkzeugwechselposition besitzt, und mit Mitteln zum Bewegen von Werkzeughalterungen zwischen der Werkzeugwechselposition und dem Bearbeitungskopf.

Bei einer aus der DE 19830392 Al bekannten Werkzeugwechselvorrichtung werden durch eine Handling-Vorrichtung Werkzeughalterungen in der jeweiligen Werkzeugwechselposition aus dem Werkzeugmagazin entnommen und einer Werkzeugspindel zugeführt. Die Entnahme erfolgt dabei in der Ebene der Werkzeughalterungen, und es sind mehrere Bewegungen in unterschiedlichen Richtungen erforderlich, um die Werkzeughalterung der Werkzeugspindel zuzuführen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Werkzeugwechselvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, durch die die jeweilige Werkzeughalterung bzw. das gewünschte Wejyk^eug du,r.eij e.ine'.e:inf »ehe.: 3;i«eajre: Bgwegung

&Igr; &Iacgr;

einem verfahrbaren Bearbeitungskopf zugeführt und aus diesem wieder in das Werkzeugmagazin zurückgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an der Werkzeugwechselposition ein durch einen Antrieb linear bewegbares Schubstück angeordnet ist, dessen Bewegungsrichtung senkrecht zur Ebene der sich im Werkzeugmagazin befindlichen Werkzeughalterungen verläuft, und das eine Aufnahme für die jeweils in der Werkzeugwechselposition positionierte Werkzeughalterung besitzt, und dass die in Aufnahmen des Werkzeugmagazins gehaltenen Werkzeughalterungen durch die Linearbewegung des Schubstücks aus der jeweiligen Aufnahme heraus und zum Bearbeitungskopf hin und wieder zurückbewegbar ausgebildet sind.

Durch die einfache lineare Bewegung beim Zuführen eines Werkzeugs zum Bearbeitungskopf und von diesem in das Werkzeugmagazin zurück sind sehr schnelle Werkzeugwechsel möglich. Das bewegbare Schubstück ist im Werkzeugmagazin integriert, so dass ein separates Handling-System nicht erforderlich ist und eine kompakte Anordnung gebildet wird, die weitgehend gegen Verschmutzung und Beschädigungen geschützt ist. Beim Werkzeugwechsel braucht dabei nicht das gesamte Magazin, sondern nur eine einzelne Werkzeughalterung bewegt werden. Neben einer platzsparenden Bauweise ist eine einfache Magazinverkleidung bei nur kleiner Ladeöffnung möglich, wodurch ein guter Schutz gegen Späne und Kühlschmierstoff erreicht werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Werkzeugwechselvorrichtung möglich.

Das Werkzeugmagazin ist zweckmäßigerweise als Trommel- oder Kettenmagazin ausgebildet, jedoch sind auch andere Ausführungen denkbar und realisierbar, bei denen einzelne Werkzeughalterungen einer Werkzeugwechselposition zugeführt werden können.

Das Schubstück ist vorzugsweise als am Werkzeugmagazin geführter Schlitten ausgebildet, wodurch eine einfache und sichere Führung gewährleistet ist. Dabei eignet sich besonders ein Arbeitszylinder als Antrieb für das Schubstück.

Zur sicheren Positionierung und Halterung der Werkzeughalterungen an den Aufnahmen des Werkzeugmagazins und/oder der Aufnahme des Schubstücks sind vorzugsweise Steckverbindungselemente vorgesehen, die ein einfaches Abheben in der Bewegungsrichtung des Schubstücks und Wiedereinsetzen ermöglichen, in allen anderen Richtungen jedoch eine sichere Fixierung gewährleisten.

Ein Klemmstück zum Festklemmen der jeweiligen Werkzeughalterung am Schubstück dient zur sicheren Fixierung beim Werkzeugübergabevorgang. Dabei hintergreift das Klemmstück in einer bevorzugten Ausführung einen im festgeklemmten Zustand

am Schubstück anliegenden Vorsprung der Werkzeughalterung in der Linearbewegungsrichtung.

In vorteilhafter Weise ist das Klemmstück durch ein Betätigungselement in die Klemmstellung und aus dieser heraus bewegbar, wobei Steuermittel zur Verschiebung des Betätigungselements in Abhängigkeit der Bewegung des Schubstücks vorgesehen sind. Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung ist dabei das das Klemmstück tragende Betätigungselement im oder am Schubstück in der Linearbewegungsrichtung verschiebbar geführt, und es ist eine Federanordnung zum federnden Anpressen des Klemmstücks an der Werkzeughalterung vorgesehen, so dass die Fixierung der jeweiligen Werkzeughalterung am Schubstück durch die Kraft der Federanordnung erfolgt und keine sonstigen Servokräfte erforderlich sind. In vorteilhafter Weise kann der ohnehin zur Verschiebung des Schubstücks vorgesehene Antrieb auch gleichzeitig zum Fixieren und Lösen der Werkzeughalterung am Schubstück eingesetzt werden, indem ein am Betätigungselement angeordnetes Auslöseelement zur Verschiebung des Betätigungselements und dadurch des Klemmstücks aus der Klemmstellung heraus durch Abstützen an einem in der Linearbewegungsrichtung unbeweglichen Teil des Werkzeugmagazins ausgebildet ist. Das Fixieren und Lösen erfolgt dadurch automatisch bei der Bewegung des Schubstücks. Vorzugsweise erfolgt dabei die Verschiebung des Betätigungselements durch das Auslöseelement gegen die Kraft der Federanordnung.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Klemmstück als Rolle ausgebildet, die sich bei der Drehung des Werkzeugmagazins in einem zum Teil durch die Vorsprünge der Werkzeughai terungen gebildeten Ringkanal bewegt, so dass eine reibungsarme Drehung möglich ist und ein Verhaken wirkungsvoll verhindert wird.

Das Werkzeugmagazin ist in einer bevorzugten Ausführungsform ummantelt und besitzt eine Öffnung zum Herausführen der sich jeweils in der Werkzeugwechselposition befindenden Werkzeughalterung, wobei die Öffnung in einer vorteilhaften Ausgestaltung durch eine Schwenk- oder Schiebeabdeckung schließbar ist. Hierdurch ist das Werkzeugmagazin sehr gut gegen Späne, Kühlschmierstoffe und andere Verunreinigungen geschützt, wobei eine vollständige Verkleidung realisierbar ist.

Die Verkleidung ist dabei zweckmäßigerweise trichterartig ausgeführt, so dass Späne nicht auf der Verkleidung liegen bleiben können, sondern nach unten fallen. Dies kann durch eine Blasvorrichtung, insbesondere im Bereich der Öffnung, unterstützt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugwechselvorrichtung mit zum Teil abgenommener Seitenummante^ng.,.

Fig. 2 eine Schnittdarstellung im Bereich einer Werkzeugwechselposition vor einem Werkzeugwechselvorgang und

Fig. 3 dieselbe Darstellung während des Werkzeugwechsel-Vorgangs.

Bei dem in den drei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel der Werkzeugwechselvorrichtung ist ein als Trommelmagazin ringartig ausgebildetes Werkzeugmagazin 10 drehbar gelagert und durch einen nicht näher dargestellten Antriebsmotor angetrieben und positionierbar. Ein motorisch angetriebener Haltering 11 besitzt an seinem stufenartigen Umfangsbereich eine Vielzahl von Halteaufnahmen 12 für Werkzeughalterungen 13, die somit ringförmig angeordnet sind.

Jede Halteaufnahme 12 besitzt zwei Haltezapfen 14, die in entsprechende Zapfenaufnahmen 15 von Grundkörpern 16 der Werkzeughalterungen 13 eingreifen. An jedem segmentartigen Grundkörper 16 ist eine Greifzange 17 für ein Werkzeug 18 angebracht.

In einer Werkzeugwechselposition ist am Außenumfang einer nicht drehbaren Halterung 19 des Werkzeugmagazins 10, auf der drehbar der Haltering 11 gelagert ist, ein Schubstück 20 an einer Vertikalführung 21 mittels eines (oder mehrerer) FührungsStücks 22 vertikal verschiebbar geführt. Die Unterseite des Schubstücks 20 ist mit der Kolbenstange 23 eines pneumatischen oder hydraulischen Arbeitszylinders 24 ver-

■* V —

bunden, durch den das Schubstück 20 bewegt werden kann und dann eine lineare Vertikalbewegung ausführt.

Anstelle eines ArbeitsZylinders 24 kann prinzipiell auch ein anderer Linearantrieb vorgesehen sein, beispielsweise ein elektrischer Linearantrieb. Bei entsprechender konstruktiver Ausgestaltung des Arbeitszylinders 24 oder sonstigen Linearantriebs können auch die Vertikalführung 21 und das Führungsstück 22 entfallen, wenn der Arbeitszylinder 24 selbst für eine ausreichende Führung sorgt.

Der stufenartig ausgebildete obere Endbereich des Schubstücks 20 trägt mehrere Führungszapfen 25, von denen in der Darstellung des Ausführungsbeispiels zwei erkennbar sind. Geeignet sind beispielsweise drei oder vier derartige Führungszapfen 25 pro Werkzeughalterung 13. Zur Aufnahme dieser Führungszapfen 25 sind im Grundkörper 16 jeder Werkzeughalterung 13 entsprechende Zapfenaufnahmen 26 vorgesehen. In der in Fig. 2 dargestellten Grundstellung des Schubstücks 20, also in dessen unterster Stellung, sind die Führungszapfen 25 außer Eingriff mit den Zapfenaufnahmen 26, so dass sich der mit den Werkzeughalterungen 13 versehene Haltering 11 ungehindert drehen kann.

In einer vertikalen abgestuften Führungsbohrung 27 im Innern des Schubstücks 20 ist ein entsprechend abgestuftes Betätigungselement 28 vertikal verschiebbar geführt. Dieses Betätigungselement 28 besteht in Anpassung an die abgestufte Führungsbohrung .2.7. aus zwei* Bereichen. 29,..30 jnijt ,unterschied-

lichem Durchmesser. Der Bereich 29 mit größerem Durchmesser stützt sich dabei über eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 31 an der Abstufung 32 der Führungsbohrung 27 ab. Eine Bewegung des Betätigungselements 28 nach oben erfolgt somit gegen die Kraft der Druckfeder 31.

Am oberen Endbereich des Betätigungselements 28, der einen gegenüber dem unteren Bereich 29 kleineren Durchmesser besitzt, ist eine Klemmrolle 33 mit horizontaler Drehachse drehbar gelagert. Diese Klemmrolle 33 greift in eine durch entsprechende Ausnehmungen in jedem Grundkörper 16 gebildete Ringnut 34 ein und hintergreift somit in der Bewegungsrichtung des Schubstücks 20 einen eine Seitenwandung der Ringnut 34 bildenden Vorsprung 35 des Grundkörpers 16 der jeweiligen Werkzeughalterung 13, die sich gerade in der Werkzeugwechselposition befindet. Um ein Verdrehen des Betätigungselements 28 im Schubstück 20 zu verhindern, trägt der im Durchmesser größere Bereich 29 des Betätigungselements 28 ein seitliches Führungselement 36, das in einen Führungsschlitz 37 in der Wandung des Schubstücks 20 eingreift.

In der in Fig. 2 dargestellten Grundstellung stützt sich das Betätigungselement 28 über ein bolzenartiges Auslöseelement 38 an einer vertikal nicht verschiebbaren Halterung 39 für den Arbeitszylinder 24 ab. Dieses Auslöseelement 38 bewirkt in der in Fig. 2 dargestellten Grundstellung, dass das Betätigungselement 28 gegen die Kraft der Druckfeder 31 relativ zum Schubstück 2 0 vertikal nach oben verschoben ist, so dass die KLemracolLe^ ^33 wm^.Vozaspz^mg. 35. galösb ist und

sich der die Werkzeughalterungen 13 tragende Haltering 11 drehen kann. Die Kletranrolle 33 könnte selbstverständlich auch mit geringer Kraft am Vorsprung 35 anliegen, so dass sie sich beim Drehen des Halterings 11 in der Ringnut 34 abrollt.

Ist nun eine ein neues Werkzeug 18 haltende Werkzeughalterung 13 oder eine leere Werkzeughalterung 13 zum Holen eines Werkzeugs aus der Werkzeugspindel in der Werkzeugwechselposition positioniert, so wird der Arbeitszylinder 24 betätigt, so dass seine Kolbenstange 23 ausfährt. Dies bewirkt eine Verschiebung des Schubstücks 20 entlang der Vertikalführung 21 vertikal nach oben. Die Führungszapfen 25 gelangen in Eingriff mit den Zapfenaufnahmen 26, so dass der Grundkörper 16 nun von seiner Halteaufnahme 12 abgehoben wird und die Haltezapfen 14 außer Eingriff mit den Zapfenaufnahmen 15 gelangen. Diese Position ist in Fig. 3 dargestellt. Beim Hochfahren des Schubstücks 20 bewegt sich zusätzlich das Betätigungselement 28 relativ zum Schubstück 20 nach unten, da sich das Auslöseelement 38 nun nicht mehr an der Halterung 29 abstützen kann und die Kraft der zusammengedrückten Druckfeder 31 nun das Betätigungselement 28 bewegt. Diese Bewegung erfolgt so lange, bis die Klemmrolle 33 in Anlage mit dem Vorsprung 35 gelangt, so dass sie in der Position gemäß Fig. 3 nun die Werkzeughalterung 13 bzw. deren Grundkörper 16 festklemmt und sicher festhält. Nun erfolgt eine weitere Linearbewegung vertikal nach oben, bis das Werkzeug 18 in der darüber positionierten Werkzeugspindel eingesetzt ist oder bis die Greifzange 17 ein in der Werkzeugspindel gehaltenes

• · t

Werkzeug ergreifen kann. Die Rückbewegung nach unten erfolgt in der umgekehrten Reihenfolge.

Das Werkzeugmagazin 10 kann selbstverständlich prinzipiell auch so angeordnet sein, dass anstelle einer vertikalen Drehachse eine horizontale Drehachse vorliegt. Bei Bedarf können die Halteaufnahmen 12 zusätzlich zu den Haltezapfen noch weitere Haltemittel aufweisen, wie Magnethalterungen, Saughalterungen, Klemmhalterungen oder Rasthalterungen.

Das Werkzeugmagazin 10 besitzt gemäß Fig. 1 eine Ummantelung 40, die beispielsweise als Blechformteil ausgebildet sein kann. Zur besseren Veranschaulichung ist ein Teil des Umfangsbereichs der Ummantelung 40 in Fig. 1 nicht dargestellt. Der obere Ringbereich 41 der Ummantelung 40 ist nach Art eines Trichters ausgebildet, das heißt, bei der Bearbeitung anfallende Späne oder Kühlschmierstoffe können sowohl an der Außenseite als auch in die trichterartige Öffnung 42 durch den hohlen Innenraum und die rohrartige Halterung 19 nach unten fallen, ohne dass die Werkzeughalterungen 13 verunreinigt würden. Zum Hochfahren einer Werkzeughalterung in der Werkzeugwechselposition durch das Schubstück 20 besitzt der obere Ringbereich 41 eine Öffnung bzw. Aussparung, die gemäß Fig. 1 durch eine Schiebeabdeckung 43 abgedeckt ist. Zum Werkzeugwechselvorgang wird diese Schiebeabdeckung 43 entlang einer Führung 44 seitlich verschwenkt, um die Öffnung freizugeben. Dieser Schwenkvorgang kann servogesteuert sein oder durch die Bewegung des Schubstücks 20 bewirkt werden. „Anste.ll.e. einer Schiebeabdeckung 43 kann

Anste.ll.e, einer Schiebeabdeckung 43

prinzipiell auch eine Schwenk- oder Klappabdeckung verwendet werden.

Am oberen Ringbereich 41 ist weiterhin eine Blasvorrichtung 45 angeordnet, um eventuell nicht von selbst abgefallene Späne oder abgeflossenen Kühlschmierstoff zu beseitigen, insbesondere im Bereich der Öffnung bzw. der Schiebeabdeckung 43. Die Blasvorrichtung 45 kann beispielsweise auch während des gesamten Werkzeugwechselvorgangs in Betrieb sein.

• O ·♦ ·

Claims (16)

1. Werkzeugwechselvorrichtung für eine einen verfahrbaren Bearbeitungskopf aufweisende Bearbeitungsmaschine, mit einem eine Vielzahl von Werkzeughalterungen aufweisenden Werkzeugmagazin, das einen motorischen Antrieb zum wahlweisen Verfahren der Werkzeughalterungen in eine Werkzeugwechselposition besitzt, und mit Mitteln zum Bewegen von Werkzeughalterungen zwischen der Werkzeugwechselposition und dem Bearbeitungskopf, dadurch gekennzeichnet, dass an der Werkzeugwechselposition ein durch einen Antrieb (24) linear bewegbares Schubstück (20) angeordnet ist, dessen Bewegungsrichtung senkrecht zur Ebene der sich im Werkzeugmagazin (10) befindlichen Werkzeughalterungen (13) verläuft, und das eine Aufnahme (25) für die jeweils in der Werkzeugwechselposition positionierte Werkzeughalterung (13) besitzt, und dass die in Aufnahmen (12) des Werkzeugmagazins (10) gehaltenen Werkzeughalterungen (13) durch die Linearbewegung des Schubstücks (20) aus der jeweiligen Aufnahme (12) heraus und zum Bearbeitungskopf hin und wieder zurückbewegbar ausgebildet sind.

2. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmagazin (10) als Trommel- oder Kettenmagazin ausgebildet ist.

3. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubstück (20) als am Werkzeugmagazin (10) geführter Schlitten ausgebildet ist.

4. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (24) für das Schubstück (20) als Arbeitszylinder ausgebildet ist.

5. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Steckverbindungselemente (14, 25) zur Halterung der Werkzeughalterungen (13) an den Aufnahmen (12) des Werkzeugmagazins (10) und/oder der Aufnahme des Schubstücks (20) vorgesehen sind.

6. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klemmstück (33) zum Festklemmen der jeweiligen Werkzeughalterung (13) am Schubstück (20) vorgesehen ist.

7. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmstück (33) einen im festgeklemmten Zustand am Schubstück (20) anliegenden Vorsprung (35) der Werkzeughalterung (13) in der Linearbewegungsrichtung hintergreift.

8. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmstück (33) durch ein Betätigungselement (28) in die Klemmstellung und aus dieser heraus bewegbar ist, wobei Steuermittel zur Verschiebung des Betätigungselements (28) in Abhängigkeit der Bewegung des Schubstücks (20) vorgesehen sind.

9. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das das Klemmstück (33) tragende Betätigungselement (28) im oder am Schubstück (20) in der Linearbewegungsrichtung verschiebbar geführt ist, und dass eine Federanordnung (31) zum federnden Anpressen des Klemmstücks (33) an der Werkzeughalterung (13) vorgesehen ist.

10. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Betätigungselement (28) angeordnetes Auslöseelement (38) zur Verschiebung des Betätigungselements (28) und dadurch des Klemmstücks (33) aus der Klemmstellung heraus durch Abstützen an einem in der Linearbewegungsrichtung unbeweglichen Teil (39) des Werkzeugmagazins (10) ausgebildet ist.

11. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung des Betätigungselements (28) durch das Auslöseelement (38) gegen die Kraft der Federanordnung (31) erfolgt.

12. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmstück (33) als Rolle ausgebildet ist, die sich bei der Drehung des Werkzeugmagazins (10) in einem zum Teil durch die Vorsprünge (35) der Werkzeughalterungen (13) gebildeten Ringkanal (34) bewegt.

13. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmagazin (10) ummantelt ist und eine Öffnung zum Herausführen der sich jeweils in der Werkzeugwechselposition befindenden Werkzeughalterung (13) besitzt.

14. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung durch eine Schwenk- oder Schiebeabdeckung (43) schließbar ist.

15. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (40) trichterartig ausgebildet ist.

16. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blasvorrichtung (45), insbesondere im Bereich der Öffnung, vorgesehen ist.