DE102009007413A1

DE102009007413A1 - Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel

Info

Publication number: DE102009007413A1
Application number: DE102009007413A
Authority: DE
Inventors: Daniel Rist; Hans-Peter Schneider
Original assignee: T & S Jakob & Co KG GmbH; T and S-Jakob & Co KG GmbH
Current assignee: T & S Jakob & Co KG GmbH; T and S-Jakob & Co KG GmbH
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2010-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel mit einem Werkzeugmagazin (1) und einer Übergabeeinheit (2) zur Entnahme bzw. zur Ablage von Werkzeugaufnahmen (3) oder Werkzeugen an dem Werkzeugmagazin (1), das mehrere Werkzeugablagen (8a, 8b) zur Ablage der Werkzeugaufnahmen (3) oder Werkzeuge enthält. Die Übergabeeinheit (2) enthält eine auf einem Kreisbogen (13) mit einem Schwenkradius (18) um eine Schwenkachse (11) bewegbare Spanneinrichtung (10) zur lösbaren Halterung der Werkzeugaufnahmen (3) oder Werkzeuge, wobei die Werkzeugablagen (8a, 8b) kreisbogenförmig verlaufende Aufnahmeöffnungen (9) mit einer Mittelpunktsbahn (19) aufweisen, deren Radius (20) dem Schwenkradius (18) der Spanneinrichtung (10) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel mit einem Werkzeugmagazin und einer Übergabeeinheit zur Entnahme bzw. zur Ablage von Werkzeugaufnahmen oder Werkzeugen an dem Werkzeugmagazin.
Bei herkömmlichen Werkzeugwechselvorrichtungen dieser Art müssen oftmals relativ aufwändige und in mehreren Achsrichtungen verfahrbare Übergabeeinheiten eingesetzt werden, um die Werkzeugaufnahmen bzw. Werkzeuge an den jeweiligen Speicherplätzen des Werkzeugmagazins ablegen bzw. von diesen entnehmen zu können. Vielfach werden hierfür z. B. in mehreren Achsen bewegliche Roboter mit entsprechenden Greifeinrichtungen verwendet, die jedoch einen hohen Antriebs- und Steuerungsaufwand erfordern und entsprechend teuer sind. Außerdem müssen bei herkömmlichen Werkzeugwechselvorrichtungen oftmals zusätzliche Verriegelungseinrichtungen an den Werkzeugmagazinen vorgesehen werden, um eine gesicherte Halterung der Werkzeugaufnahmen innerhalb des Werkzeugmagazins zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch ohne aufwändige Antriebe und Steuerungen einen schnellen und zuverlässigen automatischen Werkzeugwechsel ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Übergabeeinheit eine auf einem Kreisbogen mit einem Schwenkradius um eine Schwenkachse bewegbare Spanneinrichtung zur lösbaren Halterung der Werkzeugaufnahmen oder Werkzeuge auf. Die der Übergabeeinheit zugeordneten Werkzeugablagen enthalten kreisbogenförmige Aufnahmeöffnungen mit einer kreisbogenförmigen Mittelpunktsbahn, deren Radius dem Schwenkradius der Spanneinrichtung entspricht. Durch die Bewegung der Spanneinrichtung auf einem Kreisbogen und den kreisbogenförmigen Verlauf der Aufnahmeöffnungen an den Werkzeugablagen sind die Werkzeugaufnahmen bzw. Werkzeuge über eine einfache Schwenkbewegung in die kreisbogenförmigen Aufnahmeöffnungen einsetzbar und werden durch ihr Eigengewicht innerhalb der Werkzeugablagen gehalten. Im Gegensatz zu konventionellen Werkablagen mit horizontalen Aufnahmeöffnungen sind keine zusätzlichen Verriegelungen zur gesicherten Halterung der Werkzeugaufnahmen innerhalb des Werkzeugmagazins erforderlich. Die Vorrichtung ist z. B. zum Bestücken von Werkzeugmagazinen mit Werkzeugen oder Werkzeugaufnahmen für einen automatischen Werkzeugwechsel einsetzbar. Durch entsprechende Verfahrbewegungen kann sie aber auch für den unmittelbaren Werkzeugtransport zwischen dem Werkzeugmagazin und der Arbeitspindel einer Werkzeugmaschine eingesetzt werden.
In einer konstruktiv einfachen und zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist die Spanneinrichtung an einem Tragarm angeordnet, der zweckmäßigerweise an einer vertikal und horizontal verfahrbaren Konsole schwenkbar angelenkt ist.
Die Schwenkbewegung des Tragarms kann durch einen Schwenkantrieb erfolgen, der z. B. als Zahnantrieb mit einem an der Konsole befestigten Zahnsegment und einem mit diesen in Eingriff stehenden, motorisch angetriebenen Stirnrad ausgeführt ist. Die Schwenkbewegung des Tragarms kann aber auch durch andere geeignete Antriebe erfolgen.
In einer besonders vorteilhaften und zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Werkzeugmagazin als Regalmagazin mit mehreren nebeneinander angeordneten vertikalen Magazinständern und mehreren an den Magazinständern übereinander angeordneten Ablageeinheiten ausgebildet. Die Ablageeinheiten weisen vorzugsweise zwei zu beiden Seiten des Magazinständers seitlich vorstehende Werkzeugablagen mit jeweils einer Aufnahmeöffnung auf.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
1: eine Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel an einem Regalmagazin in einer Perspektive;
2: eine Detailansicht der Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel von Vorne;
3: eine Detailansicht der Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel von Hinten;
4: eine Detailansicht einer Werkzeugablage mit einer Werkzeugaufnahme in einer Vorderansicht und
5: eine Schnittansicht der Werkzeugablage entlang der Linie A-A von 4.
In 1 ist eine Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel mit einem hier als Regalmagazin ausgeführten Werkzeugmagazin 1 und einer Übergabeeinheit 2 zur Entnahme bzw. zur Ablage von Werkzeugaufnahmen 3 oder Werkzeugen am Werkzeugmagazin 1 gezeigt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Werkzeugaufnahmen 3 als HSK-Werkzeugaufnahmen mit einem vorderen Aufnahmeteil 4, einem hinteren konischen Spannkegel 5 und einer äußeren Greiferrille 6 ausgeführt. In dem Werkzeugmagazin 1 können aber auch andere Werkzeugaufnahmen und Werkzeuge mit einer Greiferrille oder dgl. abgelegt werden.
Das als Regalmagazin ausgeführte Werkzeugmagazin 1 besteht aus mehreren voneinander beabstandeten vertikalen Magazinständern 7, an denen mehrere übereinanderliegende Ablageeinheiten 8 mit jeweils zwei zu beiden Seiten der Magazinständer 7 seitlich vorstehenden plattenförmigen Werkzeugablagen 8a und 8b angeordnet sind. Die zu beiden Seiten der Magazinständer 7 horizontal vorstehenden Werkzeugablagen 8a und 8b enthalten Aufnahmeöffnungen 9, in welche die Werkzeugaufnahmen 3 bzw. Werkzeuge einsetzbar sind. Das Werkzeugmagazin 1 ist durch entsprechende Auswahl und Anzahl an Magazinständern 7 sowohl in der Höhe als auch in der Breite einfach erweiterbar. Die Werkzeugablagen 8a und 8b an den nebeneinander angeordneten Magazinständern 7 sind derart positioniert, dass die zu einer Seite vorstehenden Werkzeugablagen 8a an einem Magazinständer 7 und die zur anderen Seite vorstehenden Werkzeugablagen 8b an dem daneben angeordneten Magazinständer 7 auf derselben Höhe liegen. Zwischen den einander zugewandten Werkzeugablagen 8a und 8b ist die Übergabeeinheit 2 vertikal und horizontal verfahrbar angeordnet.
Wie besonders aus den 2 und 3 hervorgeht, besteht die Übergabeeinheit 2 aus einer Spanneinrichtung 10, die am oberen freien Ende eines um eine horizontale Schwenkachse 11 schwenkbaren Tragarms 12 angeordnet ist. Durch Verschwenken des Tragarms 12 kann somit die Spanneinrichtung 10 auf einem Kreisbogen 13 bewegt werden. Das untere Ende des Tragarms 12 ist an einer in 3 erkennbaren, in Vertikal- und Horizontalrichtung bewegbaren Konsole 14 angelenkt. Durch entsprechende Vertikal- und Horizontalbewegung der Konsole 14 kann die gesamte Übergabeeinheit 2 in vorgegebene Werkzeugwechselstellungen verfahren werden. Die Übergabeeinheit 2 ist in der Werkzeugwechselstellung zweckmäßigerweise in der Mitte zwischen zwei Magazinständern 7 angeordnet, so dass in einer vorgegebenen Wechselstellung der Konsole 14 durch eine Schwenkbewegung des Tragarms 10 zwei gegenüberliegende Werkzeugablagen 8a und 8b bedient werden können. Dadurch kann die Programmierung der Werkzeugwechselsteuerung erheblich vereinfacht werden.
Der Schwenkantrieb des Tragarms 11 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Zahnantrieb mit einem an der Konsole 14 befestigten Zahnsegment 15 und einem am Tragarm 12 angeordneten Stirnrad 16 ausgeführt. Das in Eingriff mit dem Zahnsegment 15 stehende Stirnrad 16 wird durch einen in den Tragarm 12 eingebauten – nicht dargestellten – Servomotor mit Kegelradgetriebe angetrieben. Die am freien oberen Ende des Tragarms 12 angeordnete Spanneinrichtung 10 enthält eine Aufnahmeöffnung für den konischen Spannkegel 5 der Werkzeugaufnahmen 3 und einen integrierten Spannmechanismus, durch den die Werkzeugaufnahme 3 während des Werkzeugwechselvorgangs an dem Tragarm 12 gehalten werden kann.
In den 2 und 3 ist erkennbar, dass sich der Mittelpunkt 17 der Spanneinrichtung 10 und damit auch der Mittelpunkt der in der Spanneinrichtung 10 gehaltenen Werkzeugaufnahme 3 beim Verschwenken des Tragarms 12 auf dem Kreisbogen 13 um die Schwenkachse 11 mit einem Schwenkradius 18 bewegt. Wie aus den 2 und 3 sowie der vergrößerten Darstellung von 4 hervorgeht, sind die an den Werkzeugablagen 8a und 8b vorgesehenen Aufnahmeöffnungen 9 kreisbogenförmig mit einer Mittelpunktsbahn 19 ausgeführt, deren Radius 20 dem Schwenkradius 18 der Spanneinrichtung 10 entspricht. Die an den Magazinständern 7 zu den beiden Seiten vorstehenden Werkzeugablagen 8a und 8b sind spiegelverkehrt abgeordnet, so dass die kreisbogenförmig nach unten verlaufenden Aufnahmeöffnungen 9 an den einander zugewandten Werkzeugablagen 8a und 8b auf einem der Bewegungsbahn der Spanneinrichtung entsprechenden, nach oben gewölbten Kreisbogen liegen.
Wenn sich die Übergabeeinheit 2 in einer Wechselstellung in der Mitte zwischen zwei Magazinständern 7 befindet, können die Werkzeugaufnahmen 3 durch eine einfache Schwenkbewegung des Tragarms 12 von oben herab in die Werkzeugablagen 8a bzw. 8b eingelegt bzw. aus diesen entnommen werden, wobei in einer Stellung der Konsole 14 immer zwei gegenüberliegende Werkzeugablagen 8a und 8b bedient werden können. Die Werkzeugaufnahmen 3 werden in den kreisbogenförmig nach unten verlaufenden Aufnahmeöffnungen 9 allein durch ihr Eigengewicht gehalten, wobei keine zusätzlichen seitlichen Sicherungen erforderlich sind.
Wie aus den vergrößerten Darstellungen einer der Werkzeugablagen 8b gemäß der 4 und 5 hervorgeht, sind die Werkzeugablagen 8a und 8b in Form von lösbar an den Magazinständern 7 befestigten Platten ausgeführt, die an der kreisbogenförmigen Aufnahmeöffnung 9 beidseitige Schrägen 21 aufweisen. Die Form der Schrägen 21 und die Breite der Aufnahmeöffnung 9 sind an die Abmessung und die Form der an den Werkzeugaufnahmen 3 vorgesehenen Greiferrille 6 angepasst. An der Seite der plattenförmigen Werkzeugablagen 8a und 8b sind Zentrierelemente 22 zur Zentrierung der Werkzeugaufnahmen 3 innerhalb der Werkzeugablagen 8a und 8b befestigt.

Claims

Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel mit einem Werkzeugmagazin (1) und einer Übergabeeinheit (2) zur Entnahme bzw. zur Ablage von Werkzeugaufnahmen (3) oder Werkzeugen an dem Werkzeugmagazin (1), das mehrere Werkzeugablagen (8a, 8b) zur Ablage der Werkzeugaufnahmen (3) oder Werkzeuge enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabeeinheit (2) eine auf einem Kreisbogen (13) mit einem Schwenkradius (18) um eine Schwenkachse (11) bewegbare Spanneinrichtung (10) zur lösbaren Halterung der Werkzeugaufnahmen (3) oder Werkzeuge enthält und dass die Werkzeugablagen (8a, 8b) kreisbogenförmig verlaufende Aufnahmeöffnungen (9) mit einer Mittelpunktsbahn (19) aufweisen, deren Radius (20) dem Schwenkradius (18) der Spanneinrichtung (10) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (10) an einem um die Schwenkachse (11) schwenkbaren Tragarm (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm (12) an einer vertikal und horizontal verfahrbaren Konsole (14) um die Schwenkachse (11) schwenkbar angelenkt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm (12) durch einen Schwenkantrieb (15, 16) verschwenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkantrieb (15, 16) ein an der Konsole (14) befestigtes Zahnsegment (15) und ein mit dem Zahnsegment (15) in Eingriff stehendes, motorisch angetriebenes Stirnrad (16) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmagazin (1) als Regalmagazin mit mehreren nebeneinander angeordneten vertikalen Magazinständern (7) und mehreren an den Magazinständern (7) übereinander angeordneten Ablageeinheiten (8) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablageeinheiten (8) zwei zu beiden Seiten des Magazinständers (7) seitlich vorstehende Werkzeugablagen (8a, 8b) mit jeweils einer Aufnahmeöffnung (9) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Werkzeugablagen (8a, 8b) an den nebeneinander angeordneten Magazinständern (7) auf derselben Höhe angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugablagen (8a, 8b) in Form von lösbar an den Magazinständern (7) befestigten Platten ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Werkzeugablagen (8a, 8b) Zentrierelemente (22) zur Zentrierung der Werkzeugaufnahmen (3) befestigt sind.