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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, die eine Werkzeugspindel
zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines in der Werkzeugspindel aufgenommenen
Werkzeugs besitzt, und die ein drehbares Werkzeugmagazin mit an
seinem Umfang angeordneten Werkzeughaltern aufweist, in welche Werkzeuge
mit einer definierten Lage ihres Schafts aufnehmbar sind, wobei
die Werkzeugspindel für einen Werkzeugwechsel von einer
Verstelleinrichtung gesteuert zum Werkzeugmagazin verfahrbar ist.
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Eine
derartige Werkzeugmaschine ist aus europäischen Patentanmeldung
EP 1 886 762 bekannt. In
dieser Druckschrift ist eine Werkzeugmaschine beschrieben, die ein
horizontales Maschinenbett aufweist, auf welchem horizontal in einer
X-Achse verfahrbar eine Werkzeugspindel gelagert ist. Diese ist
horizontal angeordnet und über einen Werkstückspindelantrieb
rotierend antreibbar. An beiden Seiten des Maschinenbetts ist jeweils
eine vertikal nach oben gerichtete Seitenwange ausgebildet. Auf den
horizontalen, in der Y-Achse verlaufenden Oberseiten der Seitenwange
ist jeweils eine Y-Führung angeordnet, auf denen eine Brücke
gelagert ist, die in der Y-Achse gesteuert angetrieben verfahrbar
ist und einen Arbeitsraum der Werkzeugmaschine zwischen den Seitenwangen überspannt.
Zentrisch in der Brücke ist ein Z-Schlitten angeordnet,
der gesteuert antreibbar in der vertikalen Z-Achse verfahrbar und
gesteuert antreibbar um seine vertikale C-Achse drehbar ist. Am
unteren Ende des Z-Schlittens ist ein Träger befestigt,
an welchem eine drehantreibbare Werkzeugspindel mit horizontaler
Achse gelagert ist, die in der horizontalen Achse gesteuert verfahrbar
ist. Die Werkzeugmaschine weist ein Magazinrad auf, welches um eine
vertikale, zur Z-Achse parallele Achse gesteuert drehbar angetrieben
wird. Das Magazinrad besteht aus einer in einer horizontalen Ebene
liegenden kreisförmigen Magazinscheibe, an deren Außenumfang
ein vertikal nach oben weisender Magazinring angeordnet ist. Die
Magazinscheibe sitzt zentrisch auf einer vertikalen Antriebswelle
und ist zu ihrer Drehbewegung von einem Motor antreibbar. Der Magazinring
weist mehrere Werkzeughalter auf, in denen Werkzeuge mit ins Innere
des Magazinrads weisenden Schäften aufgenommen sind. Um nun
ein Werkzeug zu wechseln, wird das Magazinrad von seiner Grundstellung
in den Arbeitsraum der Werkzeugmaschine hineingedreht, und zwar
derart, dass ein freier Werkzeughalter in eine Wechselposition gebracht
wird, d. h. in der Ebene der Y-Bewegung des Z-Schlittens positioniert
ist. Der Z-Schlitten wird dann so gedreht, dass der Träger
mit der Werkzeugspindel ebenfalls in dieser Ebene ausgerichtet ist.
Nun fährt die Brücke in der Y-Achse nach hinten, bis
sich die Werkzeugspindel oberhalb des Magazinrads und innerhalb
des Umfangs des Magazinrings befindet. Dann wird der Z-Schlitten
vertikal nach unten gefahren, wobei das Werkzeug mit seiner Greifrille
in die Auf nahme des freien Werkzeughalters eingelegt wird. Anschließend
fährt der Z-Schlitten in der Y-Achse weiter nach hinten,
wodurch die Werkzeugspindel radial von dem Magazinring nach innen
bewegt wird. Nach dieser Ablage des Werkzeugs im Magazinrad wird
nun das Magazinrad über den Motor gesteuert verdreht, bis
das nächste ausgewählte Werkzeug in der Wechselposition
radial vor der Werkzeugaufnahme der Werkzeugspindel positioniert
ist. In dieser Stellung wird die Werkzeugspindel mittels des Z-Schlittens
wieder radial nach außen geschoben, wodurch sich ihre Werkzeugaufnahme
auf den Schaft des nun positionierten nächsten Werkzeugs
schiebt und dieses spannt. Mittels des Z-Schlittens wird nun die
Werkzeugspindel mit dem gespannten nächsten Werkzeug nach
oben gefahren, wodurch das Werkzeug aus dem Werkzeughalter herausgehoben
wird. Sobald sich die Werkzeugspindel mit dem Werkzeug oberhalb
des Magazinrings befindet, kann die Werkzeugspindel wieder in ihre
Arbeitsstellung gefahren werden und das Magazinrad wird in seine
Grundstellung zurückgedreht, so dass die den Arbeitsraum
der Werkzeugmaschine vom Magazinrad trennenden Wände geschlossen und
die Bearbeitung des Werkstücks mit einem neuen Werkzeug
beginnen kann.
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Die
bekannte Werkzeugmaschine besitzt den Nachteil, dass ein Werkzeugwechsel
nur aufwendig und daher zeitraubend durchzuführen ist, was
zu hohen Werkzeugwechselzeiten führt: Zum einen muss bei
der bekannten Werkzeugmaschine das Magazinrad außerhalb
des Arbeitsraums der Werkzeugmaschine angeordnet und nach dem Öffnen
der Trennwände erst in seine Wechselposition gefahren werden.
Des weiteren bewirkt die Anordnung des Werkzeugmagazins in der Werkzeugmaschine,
dass umfangreiche und komplexe Verfahrbewegungen der Werkzeugspindel
erforderlich sind, da für einen Werkzeugwechsel zuerst
die Werkzeugspindel horizontal über dem Magazin positioniert
werden muss, dann vertikal ins Innere des Magazins abgesenkt und in
dem Magazinrad radial in bezug zu den Werkzeughaltern verfahren
werden muss. Diese Abfolge – Positionieren der Werkzeugspindel über
dem Magazinrad, Absenken derselben in das Ma gazinrad und Verfahren
im Inneren des Magazinrads – führt in nachteiliger
Art und Weise zu hohen Rüstzeiten der bekannten Werkzeugmaschine.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugmaschine
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass bei einem vereinfachten
Aufbau kürzere Werkzeugwechselzeiten erreicht werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass das Werkzeugmagazin verschwenkbar in der Werkzeugmaschine angeordnet ist,
und dass die Werkzeugspindel für einen Werkzeugwechsel
durch eine Verstellbewegung der Verstelleinrichtung zu dem sich
in seiner Grundstellung befindlichen Werkzeugmagazins verfahrbar
ist, dass das Werkzeugmagazin derart verschwenkbar ist, dass der
Schaft des im Werkzeughalter aufgenommenen, auszuwechselnden Werkzeugs
in einer Wechselstellung des Werkzeugmagazins vor einer Aufnahme
der Werkzeugspindel angeordnet ist, dass durch eine erste Relativbewegung
zwischen der im Werkzeugmagazin aufgenommenen Werkzeugspindel und
dem Werkzeugmagazin der Schaft dieses Werkzeugs in der Aufnahme
der Werkzeugspindel spannbar ist, und dass durch eine zweite Relativbewegung
zwischen der Werkzeugspindel und dem Werkzeugmagazin das einzuwechselnden
Werkzeug aus seiner Werkzeughalterung bewegbar ist.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird
in vorteilhafter Art und Weise eine Werkzeugmaschine geschaffen,
die sich durch eine kompakte Bauweise und durch einen einfach durchzuführenden
Werkzeugwechsel auszeichnet. Die Verschwenkbarkeit des in der Werkzeugmaschine
angeordneten Werkzeugmagazins erlaubt es in vorteilhafter Art und
Weise, dass für einen Werkzeugwechsel die Werkzeugspindel
leicht und ohne komplexe Verfahrbewegungen ins Innere des Werkzeugmagazins eingebracht
oder an die Außenseite des Werkzeugmagazins herangefahren
werden kann, und dass durch eine weitere, ebenfalls einfach durchzuführende
Verfahrbewegung der Werkzeugspindel und einem Verschwenken des Werkzeugmagazins
von seiner Grundstellung in seine Wechsel stellung das auszuwechselnde
Werkzeug von der Werkzeugspindel geholt werden kann.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens
ein Werkzeug mit einem ins Innere des Werkzeugmagazins gerichteten Schaft
im Werkzeugmagazin aufnehmbar sind. Eine derartige Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Maßnahme besitzt
den Vorteil, dass hierdurch eine besonders kompakte Bauweise der
erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine möglich
ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
mindestens ein Werkzeug mit einem nach außen gerichteten
Schaft im Werkzeugmagazin aufnehmbar ist. Eine derartige Ausbildung
besitzt den Vorteil, dass hierdurch besonders kurze Verfahrwege
der Werkzeugspindel und somit kurze Werkzeugwechselzeiten erreichbar
sind.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel
zu entnehmen, welche folgend anhand der Abbildungen beschrieben wird.
Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Werkzeugmaschine,
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2–9:
verschiedene Stadien eines Werkzeugwechselvorgangs, und
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10:
eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer Werkzeugmaschine.
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In
der 1 ist nun eine allgemein mit 1 bezeichnete
Werkzeugmaschine dargestellt, deren Grundaufbau bekannt und daher
nicht mehr bis ins Detail beschrieben wird. Die Werkzeugmaschine 1 weist
ein Maschinenbett 2 auf, auf dem ein in einer X-Richtung
verfahrbarer Werkstückschlitten 3 angeordnet ist,
welcher eine Werkstückspindel 4 trägt,
in der das zu bearbeitende Werkstück (nicht gezeigt) spannbar
ist. Das Werkstück wird von einem Werkzeug W bearbeitet,
das in einer Werkzeugspindel 10 gespannt ist. Die Werkzeugspindel 10 ist
von einer Verstelleinrichtung 11, die hier als Kreuzschlitten 12 ausgebildet
ist, zumindest in einer Y-Richtung und einer Z-Richtung verfahrbar.
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Neben
dem Werkstückschlitten 3 ist im Maschinenbett 2 ein
Werkzeugmagazin 20 angeordnet, das mehrere entlang seines
Umfangs angeordnete Werkzeughalter 21 aufweist, in welche
Werkzeuge WZ mit einem ins Innere des Werkzeugmagazins 20 gerichtetem
Schaft S aufnehmbar sind. Wie aus den 2 bis 9 ersichtlich
ist, ist das Werkzeugmagazin 20 um eine Achse 23 verschwenkbar
im Maschinenbett 2 angeordnet.
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Die
Werkzeughalter 21 sind geneigt zur Grundfläche 20' des
Werkzeugmagazins 20 angeordnet, wobei die Neigung der Werkzeughalter 21 derart
gewählt ist, dass – wie aus der nachfolgenden Beschreibung
des Werkzeugwechsels ersichtlich wird – der Schaft S des
im entsprechenden Werkzeughalter 21 aufgenommenen, einzuwechselnden Werkzeugs
W in der Wechselstellung des Werkzeugmagazins 20 in eine
Aufnahme 13 der Werkzeugspindel 10 eingeführt
werden kann.
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Der
Werkzeugwechsel wird nun anhand der 2 bis 9 beschrieben.
Das Werkzeugmagazin 20 befindet sich in 2 in
seiner Grundposition, in der es derart gekippt im Maschinenbett 2 angeordnet
ist, so dass es von seiner dem Werkstückschlitten 3 zugewandten
Seite zu seiner dieser gegenüberliegenden Seite ansteigt.
Diese Grundstellung des Werkzeugmagazins 20 zeichnet sich
dadurch aus, dass die Werkzeugspindel 10 – wie
nachstehend beschrieben – durch die Verstelleinrichtung 11 leicht
in das Werkzeugmagazin 20 eingebracht werden kann.
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Die
wie vorstehend beschriebene gekippte Anordnung des Werkzeugmagazins 20 besitzt
des weiteren den Vorteil, dass hierdurch das Werkzeugmagazin 20 nahe
am Werkstückschlitten 3 und somit der Werkzeugspindel 10 positioniert
werden kann, da das Werkzeugmagazin 20 in seiner in 2 gezeigten
Grundstellung in seinem dem Werkstückschlitten 3 zugewandten
Bereich unterhalb der Bearbeitungsebene des Werkstücks
liegt, so dass es die zur Bearbeitung des im Werkstückschlitten 3 aufgenommenen
Werkstücks erforderliche Bewegungen der Werkzeugspindel 10 nicht
behindert. Eine derartig ausgebildete Werkzeugmaschine 1 baut
daher besonders kompakt. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen
Anordnung ist, dass die Werkzeugspindel 10 – wie
nachstehend beschrieben – beim Werkzeugwechsel nur kurze
Verfahrwege durchlaufen muss, um diesen durchzuführen.
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Um
nun ein Werkzeug W aus dem Werkzeugmagazin 20 aufzunehmen,
wird das Werkzeugmagazin 20 derart gedreht, bis das einzuwechselnde Werkzeug
in einer Abholposition liegt, in der es von der Werkzeugspindel 10 abgeholt
werden kann: Hierzu wird die Werkzeugspindel 10 aus ihrer
in den 1 und 2 dargestellten Arbeitsposition,
in der sie eine Bearbeitung des Werkstücks durchführt, abgesenkt,
bis sie sich in einer Abholhöhe für das Werkzeug
W befindet, wie dies in 3 dargestellt ist. Danach wird
die Werkzeugspindel 10 von der Verstelleinrichtung 11 in
der Richtung Y bewegt und in das Innere des Werkzeugmagazins 20 verfahren,
bis sie sich in der in 4 gezeigten Position befindet.
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Wie
aus der 5 ersichtlich, wird dann das Werkzeugmagazin 20 um
die Achse 23 verschwenkt, bis der Schaft S des abzuholenden
Werkzeugs W in der Abholhöhe, also in der Höhe
der Aufnahme 13 der Werkzeugspindel 20, liegt.
Durch die vorstehend beschriebene geneigte Anordnung der Werkzeughalter 21 wird
erreicht, dass der Schaft S des Werkzeugs W und die Aufnahme 13 der
Werk zeugspindel 10 fluchten. Wird nun – wie aus 6 ersichtlich – die Werkzeugspindel 20 von
der Verstelleinrichtung 11 in der Richtung Y bewegt, taucht
der Schaft S des Werkzeugs W in der Aufnahme 13 der Werkzeugspindel 10 ein
und wird von dieser gespannt.
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Anstelle
die Werkzeugspindel 10 durch die Verstelleinrichtung 11 in
der Richtung Y zum Auswechseln des Werkzeugs W zum Werkzeugmagazin 20 hinzubewegen,
kann – was aber nicht bevorzugt wird – auch das
Werkzeugmagazin 20 entsprechend verschoben werden, so dass
durch diese erste Relativbewegung zwischen Werkzeugspindel 10 und Werkzeugmagazin 20 der
Schaft S des einzuwechselnden Werkzeugs W in die Aufnahme 13 der
Werkzeugspindel 10 eingebracht wird. Auch eine Kombination
der beiden vorstehend beschriebenen Bewegungsarten ist möglich,
um die zum Einsetzen des Werkzeugs W in die Aufnahme 13 der
Werkzeugspindel 10 erforderlichen Relativbewegung zwischen dieser
und dem Werkzeugmagazin 20 durchzuführen.
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Nachdem
das einzuwechselnde Werkzeug W wie vorstehend beschrieben in der
Werkzeugspindel 20 aufgenommen wurde, wird dann – wie
aus 7 ersichtlich – die Werkzeugspindel 20 von
der Verstelleinrichtung 11 in der Z-Richtung nach oben bewegt,
so dass das Werkzeug W aus einer nach oben offenen Aufnahme 24 des
Werkzeughalters 21 des Werkzeugmagazins 20 entnommen
wird. Anstelle die Werkzeugspindel 10 durch die Verstelleinrichtung 11 in
der Richtung Z anzuheben, ist es natürlich auch möglich,
dass das Werkzeugmagazin 20 entsprechend abgesenkt wird.
Es ist denkbar, dass die zum Herausbewegen des Werkzeugs W aus dem Werkzeughalter 21 erforderliche
zweite Relativbewegung zwischen dem Werkzeugmagazin 10 und
der Werkzeugspindel 20 durch eine Kippbewegung des Werkzeugmagazins 10 aus
seiner Wechselposition in Richtung seiner Grundstellung erfolgt.
Auch eine Kombination vorgenannter Maßnahmen ist möglich.
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Das
Werkzeugmagazin 20 kann dann – wie aus 8 ersichtlich – wiederum
um die Achse 23 in seine Grundstellung verschwenkt werden
und die Werkzeugspindel 20 fährt dann in der Richtung
Y zum Werkstückschlitten 3, wird dort auf ihre
Arbeitshöhe angehoben, so dass sie das Werkstück
bearbeiten kann.
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Um
nun ein Werkzeug W aus der Werkzeugspindel 10 in das Werkzeugmagazin 20 abzulegen, wird
ein leerer Werkzeughalter 21 des Werkzeugmagazins 20 in
der Abholposition positioniert und der Werkzeug-Ablegevorgang erfolgt
dann in einer der vorstehend beschrieben Werkzeugaufnahme entsprechenden
Weise.
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Wie
dem Fachmann aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, bestehen
bezüglich des auswechselnden Werkzeugs W im wesentlichen
keine Einschränkungen, solange das Werkzeug W durch eine
erste Relativbewegung zwischen der Werkzeugspindel 10 und
dem Werkzeugmagazin 20 in die Aufnahme 13 der
Werkzeugspindel 10 eingbringbar und durch eine zweite Relativbewegung
aus dem Werkzeughalter 21 des Werkzeugmagazins 20 entnehmbar
ist. Demzufolge ist es auch möglich, komplexere Werkzeuge,
wie z. B. Schleifwerkzeuge, insbesondere auch ein Schleifwerkzeug
mit einer mit diesem zusammenwirkenden Kühlmittelzufuhr,
mittels der beschriebenen Vorgangsweise zu wechseln.
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In
der 10 ist eine zweite Ausführungsform der
Werkzeugmaschine 1 dargestellt, deren prinzipieller Aufbau
mit demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmt,
so dass einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen
sind und nicht mehr näher beschrieben werden. Der wesentliche
Unterschied zwischen dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
ist, dass beim zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, dass
die Werkzeuge W nicht – wie beim ersten Ausführungsbeispiel – mit
einem in das Innere des Werkzeugmagazins 20 gerichteten
Schaft S in diesem aufgenommen sind, sondern dass die Werkzeuge
W mit einem nach außen gerichteten Schaft S im Werkzeugmagazin 20 aufnehmbar
sind. Um nun ein Werkzeug W aus dem Werkzeugmagazin 20 aufzunehmen,
wird das Werkzeugmagazin 20 von der in 4 gezeigten
Position in die in 10 gezeigte Position gekippt
und derart gedreht, bis das einzuwechselnde Werkzeug in einer Abholposition
liegt, in der es wie beschrieben von der Werkzeugspindel 10 abgeholt
werden kann. Die zuvor auf ihre Abholhöhe gebrachte Werkzeugspindel 10 wird
in Y-Richtung bewegt und nimmt derart den Schaft S des abzuholenden
Werkzeugs W auf. Dann wird die Werkzeugspindel 20 von der
Verstelleinrichtung 11 in der Z-Richtung nach oben bewegt,
so dass das Werkzeug W aus der Aufnahme 24 des Werkzeughalters 21 des
Werkzeugmagazins 20 entnommen wird. Dann wird die Werkzeugspindel 20 wieder
zurückgefahren und auf ihre Arbeitshöhe angehoben,
so dass sie das Werkstück W bearbeiten kann.
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Bei
den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird davon ausgegangen, dass die Werkzeuge W entweder alle mit dem
Schaft S nach innen oder mit dem Schaft S nach außen in dem
Werkzeugmagazin 20 aufgenommen sind. Dies ist aber nicht
zwingend erforderlich. Es ist – obwohl eine derartige Anordnung
nicht bevorzugt wird – ebenso möglich, dass eines
oder einige der Werkzeuge W mit in das Innere des Werkzeugmagazins 20 weisenden
Schaft S und mindestens ein anderes Werkzeug W mit einem nach außen
ragenden Schaft S im Werkzeugmagazin 20 aufgenommen ist.
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Bei
der vorstehenden Beschreibung der beiden Ausführungsbeispiele
wurde des weiteren davon ausgegangen, dass das ganze Werkzeugmagazin 20 gekippt
wird. Es ist natürlich auch möglich, dass – anstelle
das gesamte Werkzeugmagazin 20 zu kippen – nur
der jeweilig benötigte Werkzeughalter 21 gekippt wird.
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Durch
die beschriebenen Maßnahmen, insbesondere durch die Verkippbarkeit
des Werkzeugmagazins 20, ist in besonders einfacher Art
und Weise ein Werkzeugwechsel durchführbar, der einen kompakten
Aufbau der Werkzeugmaschine 1 ermöglicht und sich
durch relativ wenig Bewegungsschritte der Werkzeugspindel 10 beim
Werkzeugwechsel auszeichnet, so dass in vorteilhafter Art und Weise eine
kurze Werkzeugwechselzeit und somit eine kurze Rüstzeit
der Werkzeugmaschine 1 gegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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