DE102015105259B4

DE102015105259B4 - Werkzeugwechsler für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102015105259B4
Application number: DE102015105259.8A
Authority: DE
Inventors: Gaku ISOBE; Masahiro Murota; Naoki Sato
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2035-04-09
Also published as: JP2015202539A; JP5850971B2; CN204711639U; CN104999317A; US20150290755A1; US9682453B2; DE102015105259A1; CN104999317B

Abstract

Werkzeugwechsler für eine Werkzeugmaschine, umfassend:einen Spindelkopf (8), der eine Spindel (7) zur Drehung trägt;ein Werkzeugmagazin (1), das mit mehreren Einspannelementen (3) zum Halten eines Werkzeugs (2) am Umfang desselben versehen ist;eine Schwenkachse, um die zu drehen das Werkzeugmagazin (1) konfiguriert ist, um das Werkzeug (2) weiterzuschalten;eine sich drehende Welle zum Drehen des Werkzeugmagazins (1) zu dem Spindelkopf (8) hin und von demselben weg; undeinen Magazinantriebsmotor (9) zum Drehen des Werkzeugmagazins (1),wobeidas Werkzeugmagazin (1) eine Werkzeugmagazin-Kraftübertragungseinheit umfasst,der Magazinantriebsmotor (9) eine Magazinantriebsmotor-Kraftübertragungseinheit umfasst,die Werkzeugmagazin-Kraftübertragungseinheit und die Magazinantriebsmotor-Kraftübertragungseinheit dafür konfiguriert sind, zu allen Zeiten zwischen einer Näherungsstellung und einer getrennten Stellung des Werkzeugmagazins (1) im Verhältnis zu dem Spindelkopf (8) ineinanderzugreifen,der Magazinantriebsmotor (9) an einem unbeweglichen Abschnitt der Werkzeugmaschine befestigt ist,die Magazinantriebsmotor-Kraftübertragungseinheit ein magazinantriebsmotorseitiges Zahnrad (11), das an einer Welle des Magazinantriebsmotors (9) befestigt ist, umfasst,die Werkzeugmagazin-Kraftübertragungseinheit ein werkzeugmagazinseitiges Zahnrad (10), das an dem Werkzeugmagazin (1) befestigt ist und eine Zahnrad-Zahnfläche umfasst, die mit dem magazinantriebsmotorseitigen Zahnrad (11) ineinandergreift, umfasst, undein Querschnitt der Zahnrad-Zahnfläche des werkzeugmagazinseitigen Zahnrades (10) entlang einer Ebene, welche die Schwenkachse des Werkzeugmagazins (1) enthält, die Form eines kreisförmigen Bogens um den Drehpunkt des Werkzeugmagazins (1) hat.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeugwechsler, der dazu in der Lage ist, automatisch ein in einer Werkzeugmaschine verwendetes Werkzeug zu wechseln.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Werkzeugwechsler wird herkömmlicherweise dazu verwendet, ein an der Spindel einer Werkzeugmaschine anzubringendes Werkzeug zu wechseln. Zuvor sind mehrere notwendige Arbeitswerkzeuge an diesem Werkzeugwechsler angebracht worden, und ein Werkzeugmagazin wird gedreht, um das Werkzeug umzuschalten und es an der Spindel der Werkzeugmaschine zu befestigen oder von derselben zu lösen. Das an der Spindel zu befestigende Werkzeug wird automatisch durch ein auf der Grundlage des Bearbeitungszustandes spezifiziertes Werkzeug ersetzt.
6 und 7 sind Ansichten, die einen herkömmlichen Werkzeugwechsler zeigen, bei dem ein Werkzeugmagazin zu einem Spindelkopf hin und von demselben weg gedreht werden kann.
Da bei dem Werkzeugwechsler dieser Art das gesamte Werkzeugmagazin aus der Nähe des Spindelkopfes bewegt werden kann, kann ein breiter Bearbeitungsbereich sichergestellt werden. Ferner kann der Spindelkopf größer hergestellt werden als ein Spindelkopf in dem Fall, in dem das Werkzeugmagazin unbeweglich ist, so dass die Steifigkeit einer Spindel gesteigert werden kann.
Die JP S63-062 630 A offenbart einen Werkzeugwechsler für eine Werkzeugmaschine, der so konfiguriert ist, dass ein Werkzeugmagazin unter Verwendung eines Spindelmotors gedreht wird. Nach dieser Vorrichtung wird dadurch ein breiter Bearbeitungsbereich sichergestellt, dass das Werkzeugmagazin zu einem Spindelkopf hin und von demselben weg drehbar hergestellt wird.
Nach einigen herkömmlichen Techniken kann ein breiter Bearbeitungsbereich sichergestellt werden oder kann die Steifigkeit einer Spindel gesteigert werden dadurch, dass ein Werkzeugmagazin zu einem Spindelkopf hin und von demselben weg drehbar hergestellt wird.
Bei Werkzeugwechslern für eine Werkzeugmaschine nach diesen herkömmlichen Techniken und dem in der JP S63-062 630 A offenbarten sind das Werkzeugmagazin und der Magazinantriebsmotor nur verbunden, wenn sich das Werkzeugmagazin in einer Werkzeugwechselstellung befindet, wobei es nahe an dem Spindelkopf angeordnet ist. Folglich kann das Werkzeugmagazin zu keiner anderen Zeit als während des Werkzeugwechsels gedreht werden.
Die US 2013/0 345 034 A1 zeigt einen Werkzeugwechsler mit einem Werkzeugmagazin, welches zu einem Spindelkopf hin und von demselben weg gedreht werden kann, wobei ein Motor zum Weiterschalten des Werkzeugmagazins am Werkzeugmagazingehäuse angebracht ist und somit gemeinsam mit dem Werkzeugmagazin gedreht wird.
Die JP S62-259 737 A zeigt einen weiteren Werkzeugwechsler, der einen Motor aufweist, der direkt am Werkzeugwechsler angebracht ist und mit dem diesem gemeinsam relativ zu Spindel beweglich ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkzeugwechsler bereitzustellen, der dazu in der Lage ist, ein Werkzeugmagazin zu einer anderen Zeit als während des Werkzeugwechsels zu drehen, durch das Aufrechterhalten der Verbindung zwischen dem Werkzeugmagazin und einem Magazinantriebsmotor, selbst wenn das Werkzeugmagazin in einer getrennten Stellung im Verhältnis zu einem Spindelkopf angeordnet ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Werkzeugwechsler mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Mit einer solchen Konfiguration kann die Verbindung zwischen dem Werkzeugmagazin und dem Magazinantriebsmotor immer aufrechterhalten werden, selbst wenn das Werkzeugmagazin gedreht wird, so dass das Betreiben des Werkzeugmagazins selbst zu einer anderen Zeit als während des Werkzeugwechsels durchgeführt werden kann.
Nach der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann ein Werkzeugwechsler bereitgestellt werden, der dazu in der Lage ist, ein Werkzeugmagazin zu einer anderen Zeit als während des Werkzeugwechsels zu drehen, durch das Aufrechterhalten der Verbindung zwischen dem Werkzeugmagazin und einem Magazinantriebsmotor, selbst wenn das Werkzeugmagazin in einer getrennten Stellung im Verhältnis zu einem Spindelkopf angeordnet ist.
Figurenliste
Die obigen und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich sein aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:

1A und 1B schematische Seitenansichten eines Werkzeugwechslers sind,
2A und 2B schematische Diagonalansichten des Werkzeugwechslers sind,
3A und 3B Ansichten sind, die eine Modifikation des Werkzeugwechslers der 1A bis 2B zeigen,
4A und 4B Ansichten sind, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigen,
5A und 5B Seitenansichten eines in 4A und 4B gezeigten werkzeugmagazinseitigen Zahnrades sind,
6 eine schematische Vorderansicht einer Werkzeugmaschine mit einem herkömmlichen Werkzeugwechsler ist,
7 eine schematische Seitenansicht der Werkzeugmaschine mit dem herkömmlichen Werkzeugwechsler ist und
8A und 8B schematische Seitenansichten des herkömmlichen Werkzeugwechslers sind, die zeigen, wie sich ein Werkzeugmagazin in einer solchen Richtung dreht, um sich einem Spindelkopf anzunähern oder denselben zu verlassen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zuerst wird eine Technik nach dem Stand der Technik beschrieben werden.
6 ist eine schematische Vorderansicht einer Werkzeugmaschine mit einem herkömmlichen Werkzeugwechsler. Die Zahl 1 bezeichnet ein Werkzeugmagazin, das mit mehreren Einspannelementen 3 an seinem Umfang versehen ist. Jedes der Einspannelemente 3 kann ein Werkzeug 2 halten. Ferner ist das Werkzeugmagazin 1 drehbar, so dass das Werkzeug für einen Werkzeugwechsel zu einer Werkzeugwechselstellung 4 von 6 weitergeschaltet werden kann.
7 ist eine schematische Seitenansicht der Werkzeugmaschine mit dem herkömmlichen Werkzeugwechsler. Die Zahl 5 bezeichnet einen Magazinstützabschnitt, an dem ein Spindelkopf 8 und eine Spindel 7 angebracht sind, und eines der Einspannelemente 3 ist an dem distalen Ende der Spindel 7 befestigt, so dass das Einspannelement 3 das Werkzeug halten kann. Ferner ist ein Magazinantriebsmotor 9 an einem Teil des Magazinstützabschnitts 5, gesondert von dem Teil, an dem der Spindelkopf 8 und die Spindel 7 angebracht sind, angebracht. Ein magazinantriebsmotorseitiges Zahnrad 11 ist an dem distalen Endabschnitt des Magazinantriebsmotors 9 angeordnet.
Fernerhin bezeichnet die Zahl 1 das Werkzeugmagazin, das durch einen Drehzapfen 6 schwenkbar an dem Magazinstützabschnitt 5 getragen wird. Das Werkzeugmagazin 1 umfasst ein werkzeugmagazinseitiges Zahnrad 10 und eine Magazinwelle 12. Das magazinseitige Zahnrad 10 ist im Verhältnis zu der Magazinwelle 12 um eine Drehachse 13 drehbar. Wenn das motorseitige Zahnrad 11 und das magazinseitige Zahnrad 10 ineinandergreifen, wird die Kraft von dem Magazinantriebsmotor 9 durch die Zahnräder 11 und 10 zu dem Werkzeugmagazin 1 übertragen, wodurch das Werkzeugmagazin 1 gedreht wird.
8A und 8B sind schematische Seitenansichten des herkömmlichen Werkzeugwechslers, die zeigen, wie sich das Werkzeugmagazin in einer solchen Richtung dreht, um sich einem Spindelkopf 8 anzunähern oder denselben zu verlassen. 8A und 8B zeigen eine Näherungsstellung beziehungsweise eine getrennte Stellung.
Während des Werkzeugwechsels dreht sich das Werkzeugmagazin 1 um den Drehzapfen 6, um sich dem Spindelkopf 8 anzunähern und die Näherungsstellung von 8A zu erreichen. In dieser Stellung hält das Einspannelement 3 das an der Spindel 7 befestigte Werkzeug 2, so dass das Werkzeug gewechselt werden kann, In dieser Näherungsstellung greifen darüber hinaus das magazinseitige Zahnrad 10 und das motorseitige Zahnrad 11 ineinander, so dass das Werkzeugmagazin 1 durch dem Magazinantriebsmotor 9 gedreht werden kann.
Während eines anderen Betriebs als dem Werkzeugwechsel wird, wie in 8B gezeigt, das Werkzeugmagazin 1 um den Drehzapfen 6 von dem Spindelkopf 8 weg bewegt. Ein breiter Bearbeitungsbereich kann sichergestellt werden dadurch, dass das Werkzeugmagazin 1 so zwischen der Näherungsstellung und der getrennten Stellung drehbar gemacht wird. Ferner kann der Spindelkopf 8 groß genug hergestellt werden, um eine sehr steife Struktur bereitzustellen.
Nach dem Werkzeugwechsler dieser Art, wie in 8B gezeigt, werden jedoch das magazinseitige Zahnrad 10 und das motorseitige Zahnrad 11 in der getrennten Stellung während des anderen Betriebs als dem Werkzeugwechsel voneinander ausgerückt, so dass die Antriebskraft des Magazinantriebsmotors 9 nicht zu dem Werkzeugmagazin 1 übertragen werden kann, um es zu drehen. Folglich ist es unmöglich gewesen, eine Spanabdrehfunktion oder eine Werkzeug-Gewichtsabweichungserfassungsfunktion durch ein Betreiben des Magazins zu einer anderen Zeit als während des Werkzeugwechsels zu erreichen.
1A, 1B, 2A und 2B zeigen einen alternativen Werkzeugwechsler. 1A und 1B sind schematische Seitenansichten, und 2A und 2B sind schematische Diagonalansichten. 1A und 1B zeigen eine Näherungsstellung, und 2A und 2B zeigen eine getrennte Stellung. Ein Werkzeugmagazin 1 wird, wie sein Gegenstück des Standes der Technik, schwenkbar an einem Magazinstützabschnitt 5 getragen, so dass es um einen Drehzapfen 6 drehbar ist. Ein werkzeugmagazinseitiges Zahnrad 10 und eine Magazinwelle 12 sind konzentrisch an dem Werkzeugmagazin 1 angeordnet. Da andere Abschnitte als das Werkzeugmagazin 1 und ein Magazinantriebsmotor 9 die gleichen sind wie diejenigen beim Stand der Technik, werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Abschnitte zu bezeichnen, und eine wiederholte Beschreibung derselben wird weggelassen.
Bei dem vorliegenden Werkzeugwechsler, wie besonders in 2A und 2B gezeigt, ist der Magazinantriebsmotor 9 an einem sich drehenden Element 20 gefestigt, das einen Teil des Werkzeugmagazins 1 darstellt und sich um den Drehzapfen 6 dreht. Ferner ist ein magazinantriebsmotorseitiges Zahnrad 11 des Magazinantriebsmotors 9 dafür konfiguriert, sich im Wesentlichen parallel zu einer Schwenkachse 13 des Werkzeugmagazins 1 zu erstrecken und mit dem magazinseitigen Zahnrad 10 an dem Außenumfang desselben ineinanderzugreifen. Ohne Berücksichtigung der Drehstellung des Werkzeugmagazins 1 verändern sich daher die relativen Positionen des Werkzeugmagazins 1 und des Magazinantriebsmotors 9 kaum, so dass die Verbindung zwischen den Zahnrädern 10 und 11 aufrechterhalten wird und sich der Magazinantriebsmotor 9 integral mit dem Werkzeugmagazin 1 dreht. Folglich kann die Verbindung zwischen dem Magazinantriebsmotor 9 und dem Werkzeugmagazin 1 aufrechterhalten werden um die Drehung des Werkzeugmagazins 1 selbst in einer anderen Stellung als der Näherungsstellung zum Werkzeugwechsel zu ermöglichen.
3A und 3B zeigen eine Modifikation des Werkzeugwechslers. Bei der oben beschriebenen Werkzeugwechsler ist der Magazinantriebsmotor 9 auf der Seite des Spindelkopfes 8 im Verhältnis zu dem Werkzeugmagazin 1 angeordnet. Bei dieser Modifikation ist der Magazinantriebsmotor 9 im Gegensatz, wie in 3A und 3B gezeigt, auf der zu dem Spindelkopf 8 entgegengesetzten Seite des Werkzeugmagazins 1 angeordnet. Der Magazinantriebsmotor 9 ist mit einem Rotor 14 und einem Stator 15 versehen. Der Rotor 14 ist dafür konfiguriert, mit einem sich drehenden Abschnitt des Werkzeugmagazins 1 ineinanderzugreifen. Bei dieser Modifikation wird die Antriebskraft des Magazinantriebsmotors 9 unmittelbar zu dem Werkzeugmagazin 1 übertragen. Bei einer anderen Modifikation kann jedoch ein Drehzahlverringerungsmechanismus zwischen dem Magazinantriebsmotor 9 und dem Werkzeugmagazin 1 bereitgestellt werden.
4A und 4B sind Ansichten, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Magazinantriebsmotor 9 an einem unbeweglichen Abschnitt einer Werkzeugmaschine befestigt und so konfiguriert, dass sich sein motorseitiges Zahnrad 11 im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung erstreckt, in der sich ein Spindelkopf 8 und eine Spindel 7 erstrecken. Ein werkzeugmagazinseitiges Zahnrad 10 ist auf der Seite eines Werkzeugmagazins 1 so angeordnet, dass es konzentrisch mit einer Schwenkachse 13 des Werkzeugmagazins 1 ist und mit dem motorseitigen Zahnrad 11 ineinandergreift.
5A und 5B sind Seitenansichten des magazinseitigen Zahnrades 10. Wie in 5A und 5B gezeigt, hat ein gekrümmter Querschnitt einer Zahnrad-Zahnfläche 16 des magazinseitigen Zahnrades 10 die Form eines kreisförmigen Bogens um einen Drehzapfen 6. Selbst wenn das Werkzeugmagazin 1 gedreht wird, greift deshalb ein gewisser Teil der bogenförmigen Zahnrad-Zahnfläche 16 des magazinseitigen Zahnrades 10 mit dem motorseitigen Zahnrad 11 ineinander, so dass die Verbindung zwischen den Zahnrädern aufrechterhalten werden kann. Folglich kann das Werkzeugmagazin 1 ebenfalls zu einer anderen Zeit als während des Werkzeugwechsels betrieben werden.
Obwohl die Form des magazinseitigen Zahnrades 10 bei der vorliegenden Ausführungsform verändert ist, kann alternativ die Form des motorseitigen Zahnrades 11 verändert sein, so dass die Verbindung zwischen den Zahnrädern 10 und 11 aufrechterhalten werden kann. Ferner können die verwendeten Zahnräder 10 und 11 so geformt sein, dass sie ihre Verbindung aufrechterhalten, selbst wenn sich das Werkzeugmagazin 1 in einer anderen Stellung als einer Näherungsstellung befindet.
Die vorliegende Ausführungsform ist so beschrieben worden, dass sie auf der Konfiguration, bei der sich der Magazinantriebsmotor 9 und das Werkzeugmagazin 1 integral miteinander drehen, und der Konfiguration, bei welcher der Eingriff zwischen dem magazinseitigen Zahnrad 10 und dem motorseitigen Zahnrad 11 aufrechterhalten wird, beruht. Alternativ können jedoch das Werkzeugmagazin 1 und der Magazinantriebsmotor 9 durch ein Universalgelenk verbunden sein, Rollen können an Stelle der Zahnräder verwendet werden, oder es kann ein Riemen oder eine Kette zur Kraftübertragung zwischen dem Werkzeugmagazin 1 und dem Magazinantriebsmotor 9 bereitgestellt werden.

Claims

Werkzeugwechsler für eine Werkzeugmaschine, umfassend: einen Spindelkopf (8), der eine Spindel (7) zur Drehung trägt; ein Werkzeugmagazin (1), das mit mehreren Einspannelementen (3) zum Halten eines Werkzeugs (2) am Umfang desselben versehen ist; eine Schwenkachse, um die zu drehen das Werkzeugmagazin (1) konfiguriert ist, um das Werkzeug (2) weiterzuschalten; eine sich drehende Welle zum Drehen des Werkzeugmagazins (1) zu dem Spindelkopf (8) hin und von demselben weg; und einen Magazinantriebsmotor (9) zum Drehen des Werkzeugmagazins (1), wobei das Werkzeugmagazin (1) eine Werkzeugmagazin-Kraftübertragungseinheit umfasst, der Magazinantriebsmotor (9) eine Magazinantriebsmotor-Kraftübertragungseinheit umfasst, die Werkzeugmagazin-Kraftübertragungseinheit und die Magazinantriebsmotor-Kraftübertragungseinheit dafür konfiguriert sind, zu allen Zeiten zwischen einer Näherungsstellung und einer getrennten Stellung des Werkzeugmagazins (1) im Verhältnis zu dem Spindelkopf (8) ineinanderzugreifen, der Magazinantriebsmotor (9) an einem unbeweglichen Abschnitt der Werkzeugmaschine befestigt ist, die Magazinantriebsmotor-Kraftübertragungseinheit ein magazinantriebsmotorseitiges Zahnrad (11), das an einer Welle des Magazinantriebsmotors (9) befestigt ist, umfasst, die Werkzeugmagazin-Kraftübertragungseinheit ein werkzeugmagazinseitiges Zahnrad (10), das an dem Werkzeugmagazin (1) befestigt ist und eine Zahnrad-Zahnfläche umfasst, die mit dem magazinantriebsmotorseitigen Zahnrad (11) ineinandergreift, umfasst, und ein Querschnitt der Zahnrad-Zahnfläche des werkzeugmagazinseitigen Zahnrades (10) entlang einer Ebene, welche die Schwenkachse des Werkzeugmagazins (1) enthält, die Form eines kreisförmigen Bogens um den Drehpunkt des Werkzeugmagazins (1) hat.