DE102018104550A1

DE102018104550A1 - Werkzeugmaschine, insbesondere Schleif- und/oder Erodiermaschine sowie Verfahren zum Auswechseln einer Werkzeugbaugruppe

Info

Publication number: DE102018104550A1
Application number: DE102018104550.6A
Authority: DE
Inventors: Lukas Gußmann
Original assignee: Walter Maschinenbau GmbH
Current assignee: Walter Maschinenbau GmbH
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2038-03-01
Also published as: TW201936311A; DE102018104550B4; TWI785209B; WO2019166443A2; WO2019166443A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine (20), beispielsweise eine Schleifmaschine und/oder eine Erodiermaschine (21). Die Werkzeugmaschine hat eine Maschinenbasis (22) sowie eine Achsanordnung (23) zur Bewegung eines Werkzeugträgers (25) und/oder einer Werkstückspanneinrichtung (26) relativ zur Maschinenbasis (22). An der Maschinenbasis (22) ist eine Transporteinrichtung (75) mit vorzugsweise genau zwei Transportplätzen (76) für jeweils eine Werkzeugbaugruppe (27) vorhanden. Ein Roboterarm (42) mit einer Greifeinrichtung (44) ist dazu eingerichtet, entweder zwei Werkstücke (38) oder alternativ eine einzige Werkzeugbaugruppe (27) zu greifen und zu bewegen. Dadurch kann über den Roboterarm (42) unmittelbar ein Werkstückwechsel mit der Werkstückspanneinrichtung (26) ausgeführt werden oder es kann eine Werkzeugbaugruppe (27) aufgenommen und in der Transporteinrichtung (75) angeordnet bzw. aus der Transporteinrichtung (75) entnommen werden. Die Transporteinrichtung (75) kann aus dem Arbeitsbereich (A) der Werkzeugmaschine (20) heraus und in den Arbeitsbereich (A) hinein bewegt werden und in Zusammenarbeit mit der Achsanordnung (23) der Werkzeugmaschine (20) einen Wechsel der Werkzeugbaugruppe (27) am Werkzeugträger (25) vornehmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Schleifmaschine und/oder eine Erodiermaschine. Die Werkzeugmaschine hat einen Werkzeugträger zur Aufnahme einer Werkezugbaugruppe sowie einen Roboterarm, der zum Auswechseln der Werkzeugbaugruppe eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Auswechseln der Werkzeugbaugruppe.
Magazine zur Bevorratung von Werkzeugen oder Werkstücken sind in unterschiedlichen Ausprägungen bekannt. Zum Beispiel offenbart DE 1 074 367 A eine Werkstückwechseleinrichtung mit einem aktiven Magazin, das eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Werkstücke in eine Wechselposition aufweist. Zwischen dem Magazin und dem Spannfutter zum Einspannen des Werkstücks ist ein Doppelgreifer vorgesehen. Dieser kann das eingespannte Werkstück sowie das in der Wechselposition im Magazin befindliche Werkstück ergreifen und durch eine 180° Drehung austauschen.
Aus DE 198 44 242 A1 ist eine Universalschleifmaschine bekannt, bei der ein Werkzeugmagazin mit mehreren Werkezugbaugruppen quer vor Schleifspindel der Schleifmaschine bewegbar ist. Durch Positionieren einer Werkzeugbaugruppe vor der Schleifspindelachse, kann durch eine Bewegung der Schleifspindel eine neue Werkzeugbaugruppe mit einem Werkzeug und einem Kühlmittelverteiler in der Schleifspindel aufgenommen werden.
Bei Werkzeugmaschinen kann es wünschenswert sein, dass sowohl eine Werkzeugbaugruppe, als auch ein Werkstück ausgewechselt wird. Eine Werkzeugbaugruppe ist verglichen mit dem Werkstück viel schwerer und weniger gut zu greifen. Dies erfordert in der Regel andere Wechseleinrichtungen als für den Wechsel der Werkstücke. Außerdem ist es erwünscht, dass die Wechseldauer einer Werkzeugbaugruppe sowie eines Werkstücks möglichst gering ausfällt.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.
Die Werkzeugmaschine ist vorzugsweise als Schleifmaschine und/oder Erodiermaschine ausgeführt. Sie hat eine Maschinenbasis, mittels der die Werkzeugmaschine auf einer Aufstellfläche, beispielsweise einem Fundament einer Werkzeughalle aufgestellt wird. An der Maschinenbasis ist eine Achsanordnung mit mehreren Maschinenachsen vorhanden. Jede Maschinenachse kann eine rotative oder translatorische Maschinenachse sein. Die Achsanordnung dient zur Positionierung und/oder Bewegung eines Werkzeugträgers, beispielsweise einer Werkzeugspindel und/oder eine einer Werkstückspanneinrichtung relativ zum Schienenbasis bzw. relativ zueinander. Es können bis zu sechs Maschinenachsen vorhanden sein.
Der Werkzeugträger ist zur Aufnahme einer Werkzeugbaugruppe eingerichtet. Eine Werkzeugbaugruppe weist jeweils ein Werkzeug, beispielsweise ein Schleifwerkzeug oder eine Erodierwerkzeug sowie einen Fluidverteiler auf. Der Fluidverteiler kann zum Abgeben von Kühlmittel oder einer dielektrischen Flüssigkeit verwendet werden. Zur Lagerung der Werkzeugbaugruppe in einem Werkzeugmagazin und zum Transportieren der Werkzeugbaugruppe ist vorzugsweise jeweils ein lösbar mit der zugeordneten Werkzeugbaugruppe verbindbarer bzw. die zugeordnete Werkzeugbaugruppe haltender Baugruppenträger vorhanden. Beim Einsetzen der Werkzeugbaugruppe in den Werkzeugträger kann der Baugruppenträger entfernt und beim Entnehmen der Werkzeugbaugruppe aus dem Werkzeugträge wieder mit der Werkzeugbaugruppe verbunden werden.
Es ist eine Transporteinrichtung vorhanden, die zwischen einer ersten Position außerhalb des Arbeitsbereichs des Werkzeugs und einer zweiten Position innerhalb des Arbeitsbereichs des Werkzeugs bewegbar ist. Die Transporteinrichtung hat wenigstens zwei Transportplätze und vorzugsweise genau zwei Transportplätze zur Aufnahme jeweils einer Werkzeugbaugruppe insbesondere mittels eines jeweiligen Baugruppenträgers. In der ersten Position befinden sich beide Transportplätze außerhalb des Arbeitsbereichs der Werkzeugmaschine. In der zweiten Position befindet sich wenigstens einer der Transportplätze innerhalb des Arbeitsbereichs. Der Arbeitsbereich ist insbesondere durch die Positionen einer Werkzeugbaugruppe gekennzeichnet, die durch Bewegen des Werkzeugträgers mittels der Achsanordnung erreichbar sind und beispielsweise zur Bearbeitung eines Werkstücks verwendet werden können. Beispielsgemäß kann eine an dem Werkzeugträger angeordnete Werkzeugbaugruppe nicht aus dem Arbeitsbereich herausbewegt werden. Der Arbeitsbereich befindet sich bevorzugt oberhalb eines Maschinenbetts, das Bestandteil der Maschinenbasis ist.
Die Werkzeugmaschine weist außerdem einen Roboterarm mit einer Greifeinrichtung auf. Die Greifeinrichtung ist sowohl zum Greifen wenigstens eines Werkstücks, als auch zum Greifen einer der Werkzeugbaugruppen eingerichtet. Mittels des Roboterarms kann ein Werkstückwechsel ausgeführt werden, vorzugsweise unmittelbar durch entnehmen und zuführen eines Werkstücks aus bzw. in die Werkstückspanneinrichtung. Der Roboterarm ist außerdem dazu eingerichtet, eine der Werkzeugbaugruppen an einem Transportplatz der Transporteinrichtung anzuordnen oder von dort zu entnehmen. Der Roboterarm ist bevorzugt nicht über die Achsanordnung bewegbar und kann insbesondere außerhalb des Arbeitsbereichs angeordnet sein. Er kann aber mit der Greifeinrichtung in den Arbeitsbereich eingreifen und insbesondere die Werkstückspanneinrichtung erreichen.
Mittels des Roboterarms ist es möglich, eine einzuwechselnde Werkzeugbaugruppe bereits in der Transporteinrichtung anzuordnen, solange ein Werkstück mit einer aktuell verwendeten Werkzeugbaugruppe bearbeitet wird. Zum Wechsel der Werkzeugbaugruppe wird die Transporteinrichtung und die Achsanordnung der Werkzeugmaschine eingesetzt. Da die Transporteinrichtung zwei Transportplätze aufweist, kann dort die auszuwechselnde Werkzeugbaugruppe aufgenommen und die einzuwechselnde Werkzeugbaugruppe am Werkzeugträger angeordnet werden. Der Roboterarm muss somit nicht in der Lage sein, zwei Werkzeugbaugruppen gleichzeitig zu tragen. Die Größe und das Gewicht des Roboterarms können entsprechend klein ausfallen. Während bei einem Wechsel der Werkzeugbaugruppe die Transporteinrichtung mit den Maschinenachsen und dem Werkzeugträger zusammenarbeitet, kann der Roboterarm bei einer Ausführung dazu verwendet werden, in dieser Phase beispielsweise ein Werkstück auszuwechseln oder andere Transporttätigkeiten auszuführen. Der Werkstückwechsel kann zeitlich auch vor oder nach dem Wechsel der Werkzeugbaugruppe erfolgen oder die Phasen des Werkstückwechsels und des Werkzeugwechsels können sich teilweise überlappen.
Die Wechselvorgänge können ausreichend schnell durchgeführt werden. Die Werkzeugmaschine benötigt insgesamt lediglich eine geringe Aufstellfläche. Der Roboterarm und die Transporteinrichtung können kompakt und einfach aufgebaut sein.
Es ist vorteilhaft, wenn die Transporteinrichtung in genau einem translatorischen oder rotatorischen Freiheitsgrad zwischen der ersten Position und der zweiten Position bewegbar ist. Eine einzige Achse, um die Transporteinrichtung zwischen den beiden Positionen zu bewegen, ist ausreichend.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Transporteinrichtung einen Schwenkträger, der die beiden Transportplätze aufweist. Der Schwenkträger ist vorzugsweise in der ersten Position und/oder der zweiten Position um eine Schwenkachse schwenkbar ausgeführt. Jeweils einer der Transportplätze kann in eine Ein- und Auswechselposition geschwenkt werden. Hierfür kann die Transporteinrichtung einen Schwenkantrieb bzw. rotative Achse aufweisen. Vorzugsweise schwenken beide Transportplätze stets gemeinsam, wenn der Schwenkantrieb der Transporteinrichtung die Schwenkbewegung durchführt. Sowohl die vorzugsweise translatorische Achse zum Bewegen der Transporteinrichtung zwischen der ersten und der zweiten Position, als auch der Schwenkantrieb zum Schwenken des Schwenkträgers sind vorzugsweise pneumatisch angetrieben, beispielsweise mittels entsprechender Pneumatikzylinder. Andere Antriebe, insbesondere elektrische Antriebe, können auch verwendet werden. Weitere translatorische oder rotatorische Achsen zur Bewegung der Transporteinrichtung oder als Bestandteil der Transporteinrichtung sind bevorzugt nicht vorhanden. Die Transportrichtung zwischen der ersten und der zweiten Position kann rechtwinklig zur Schwenkachse des Schwenkträgers ausgerichtet sein. Die Schwenkachse des Schwenkträgers ist bevorzugt horizontal ausgerichtet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Greifeinrichtung wenigstens eine Greiferfingereinheit und wenigstens eine Klemmeinrichtung auf. Die Greiferfingereinheit ist dazu eingerichtet, jeweils eines der Werkstücke zu greifen. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Greifeinrichtung zwei und insbesondere zwei Greiferfingereinheiten auf. Die Klemmeinrichtung ist dazu eingerichtet, jeweils eine Werkzeugbaugruppe zu greifen. Vorzugsweise ist die Greifeinrichtung derart ausgestaltet, dass genau eine Klemmeinrichtung zum Greifen genau einer Werkzeugbaugruppe vorhanden ist. Die Werkzeugbaugruppe ist relativ schwer. Wenn die Greifeinrichtung höchstens eine Werkzeugbaugruppe greifen und aufnehmen kann, kann der Roboterarm mit der Greifeinrichtung weniger stark und kompakter ausgeführt werden.
Jede der vorhandenen Greiferfingereinheiten ist individuell betätigbar, beispielsweise mit einer Greiferbetätigungseinheit. Die Greiferbetätigungseinheit ist dazu eingerichtet, die zugeordnete Greiferfingereinheit zwischen einer Greifstellung und einer Offenstellung umzuschalten bzw. zu bewegen.
Die Klemmeinrichtung weist zumindest eine Klemmeinheit mit jeweils einem Klemmkörper und einer Halteaussparung auf. Die Halteaussparung ist ausgeführt, um einen Haltestift der Werkzeugbaugruppe oder des Baugruppenträgers aufzunehmen. Mittels einer Klemmbetätigungseinheit kann der Klemmkörper zwischen einer den Haltestift beaufschlagenden Haltestellung und einer den Haltestift freigebenden Freigabestellung bewegt werden, sofern sich der Haltestift in der Halteaussparung der Klemmeinrichtung befindet.
Es ist bevorzugt, wenn die Greifeinrichtung derart ausgebildet ist, dass eine der Klemmbetätigungseinheiten und eine der Gereiferbetätigungseinheiten zur gemeinsamen Betätigung fluidisch und/oder mechanisch miteinander gekoppelt sind. Dadurch lassen sich die Anzahl der Fluidanschlüsse minimieren.
Die Klemmbetätigungseinheit und/oder die Greiferbetätigungseinheit ist vorzugsweise jeweils als pneumatischer Antrieb ausgeführt und weist hierfür beispielsweise einen entsprechenden Pneumatikzylinder auf. Andere Antriebe, insbesondere elektromotorische Antriebe können ebenfalls verwendet werden.
Die Werkzeugmaschine hat bei einem Ausführungsbeispiel ein Werkzeugmagazin zu Bevorratung mehrerer Werkzeugbaugruppen und/oder ein Werkstückmagazin zur Bevorratung mehrerer Werkstücke. Es können mehrere Werkstückmagazine vorhanden sei, um in einem Werkstückmagazin die bearbeiteten Werkstücke und in einem anderen Werkstückmagazin die unbearbeiteten Werktücke abzulegen. Bearbeitete und unbearbeitete Werkstücke können auch in einem gemeinsamen Werkstückmagazin angeordnet sein. Das Werkzeugmagazin und/oder das Werkstückmagazin sind in Reichweite des Roboterarms angeordnet, so dass die bevorrateten Werkzeugbaugruppen bzw. Werkstücke durch die Greifeinrichtung aufgenommen werden können. Sämtliche Magazine sind vorzugsweise relativ zur Maschinenbasis unbeweglich angeordnet und weisen insbesondere keinen eigenen Antrieb auf.
Es ist bevorzugt, wenn an der Maschinenbasis eine Traganordnung angeordnet bzw. angebracht ist, die den Roboterarm trägt. Die Traganordnung stützt sich vorzugsweise nicht am Untergrund ab und wird ausschließlich durch die Maschinenbasis getragen. Die Traganordnung befindet sich außerhalb des Arbeitsbereichs der Werkzeugmaschine und kann außerdem ein Werkzeugmagazin und/oder ein Werkstückmagazin tragen.
Die Traganordnung kann vorzugsweise zwischen einem fixierten Zustand und einem Dämpfungszustand umschaltbar sein. Zum Umschalten kann die Traganordnung beispielsweise einen entsprechenden Antrieb aufweisen, der dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der Traganordnung relativ zur Maschinenbasis in wenigstens einem Freiheitsgrad und beispielsweise in genau einem Freiheitsgrad zu bewegen, vorzugsweise in einem translatorischen Freiheitsgrad. Im Dämpfungszustand ist die Traganordnung insbesondere ausschließlich über eine Dämpfungsanordnung elastisch mit der Maschinenbasis gekoppelt oder verbunden. Demgegenüber weist die Traganordnung Kopplungselemente auf, mittels denen die Traganordnung gegenüber der Maschinenbasis im Wesentlichen spielfrei verbunden bzw. gekoppelt werden kann. Die Kopplungselemente sind starre Elemente. Unter starren Elementen sind solche Elemente zu verstehen, die sich beim Auftreten der üblichen, auf die Elemente einwirkenden Kräfte und Momente nicht oder nur unwesentlich verformen. Demgegenüber stellt die Dämpfungsanordnung eine elastische, dämpfende Kopplung zwischen der Maschinenbasis und der Traganordnung zur Verfügung. Durch die umschaltbare Traganordnung kann ein Dämpfungszustand herbeigeführt werden, in dem Schwingungen, die durch die Bewegung des Roboterarms erzeugt werden, nicht oder nur in gedämpftem Maß in die Maschinenbasis eingeleitet werden. Die Genauigkeit der Werkstückbearbeitung, insbesondere eines Schleifvorgangs, wird durch die Dämpfung nicht durch eingeleitete Schwingungen oder Vibrationen beeinträchtigt, die bei einer Bewegung bzw. Beschleunigung des Roboterarms erzeugt werden können. Der Roboterarm kann auch mit hohen Beschleunigungen während der Werkstückbearbeitung bewegt werden.
Der Verfahrensablauf zum Auswechseln einer Werkzeugbaugruppe ist wie folgt:
Zunächst wird die Transporteinrichtung in der ersten Position außerhalb des Arbeitsbereichs angeordnet. Diese Position sei als Ausgangsposition angenommen. Der Roboterarm mit der Greifeinrichtung kann beispielsweise aus dem Werkzeugmagazin eine Werkzeugbaugruppe - insbesondere mittels des Baugruppenträgers - entnehmen und - insbesondere mittels des Baugruppenträgers - an einem freien Transportplatz der Transporteinrichtung anordnen. Dies kann bereits geschehen, solang noch ein Werkstück bearbeitet wird. Wenn anschließend ein Werkzeugwechsel erfolgen soll, wird zunächst die Transporteinrichtung in die zweite Position bewegt. An dem dort freien Transportplatz legt der Werkzeugträger die aktuell verwendete Werkzeugbaugruppe ab, vorzugsweise in einen Baugruppenträger. Das Ablegen der aktuell verwendeten Werkzeugbaugruppe erfolgt durch Verwendung der Maschinenachsen. Der Werkzeugträger wird anschließend soweit von der Transporteinrichtung entfernt, dass diese eine Schwenkbewegung ausführen kann. Dann wird ein Schwenkträger der Transporteinrichtung geschwenkt, um die einzuwechselnde Werkzeugbaugruppe in eine Einwechselposition zu bringen. Dabei verbleibt die Transporteinrichtung in ihrer zweiten Position. Anschließend kann der Werkzeugträger unter Verwendung der Maschinenachsen die einzuwechselnde Werkzeugbaugruppe aus der Transporteinrichtung aufnehmen und sich von der Transporteinrichtung entfernen. Vorzugsweise verbleibt dabei der Baugruppenträger an der Transporteinrichtung. Die eingewechselte Werkzeugbaugruppe ist jetzt einsatzbereit. Die Transporteinrichtung wird aus der zweiten Position in die erste Position außerhalb des Arbeitsbereichs bewegt, so dass die Bearbeitung ungehindert von einer Störkontur innerhalb des Arbeitsbereichs ausgeführt werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeugmaschine in der Form einer Schleifmaschine und/oder Erodiermaschine,
2 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeugbaugruppe,
3 eine perspektivische Darstellung der Werkzeugbaugruppe aus 2 mit einem Baugruppenträger mit zwei Haltestiften,
4 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Greifeinrichtung des Roboterarms aus 1,
5 die Aufnahme einer Werkzeugbaugruppe mittels des Baugruppenträgers durch die Greifeinrichtung in perspektivischer Darstellung,
6 eine schematische, teilgeschnittene Prinzipdarstellung einer Klemmeinheit der Greifeinrichtung, die sich in einer Haltestellung befindet,
7 eine schematische, teilgeschnittene Prinzipdarstellung der Klemmeinheit aus 6 gemäß der Schnittlinie VIII-VIII in 6, die sich in einer Freigabestellung befindet,
8 die schematische, teilgeschnittene Darstellung der Klemmeinheit aus 6 gemäß der Schnittlinie VIII-VIII in 6, die sich in einer Haltestellung befindet,
9 eine schematische Prinzipdarstellung einer Greiferfingereinheit der Greifeinrichtung aus 4,
10 eine schematische teilgeschnittene Prinzipdarstellung der Anordnung einer Greiferfingereinheit und einer Klemmeinheit der Greifeinrichtung mit einer gemeinsamen Betätigungseinheit,
11 bis 17 jeweils eine perspektivische Teildarstellung der Werkzeugmaschine in unterschiedlichen Stadien beim Auswechseln einer Werkzeugbaugruppe,
18 und 19 jeweils eine schematische, teilgeschnittene Prinzipdarstellung einer Einrichtung zum Fixieren und Entkoppeln zumindest eines Teils einer Trägeranordnung vom Maschinenbett in unterschiedlichen Zuständen und
20 und 21 ein anderes Ausführungsbeispiel der Einrichtung aus den 17 und 18 in unterschiedlichen Zuständen.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugmaschine 20 perspektivisch darstellt. Die Werkezugmaschine 20 kann als Schleifmaschine und/oder Erodiermaschine 21 ausgeführt sein. Die Werkzeugmaschine 20 hat eine Maschinenbasis 22, mittels der die Werkzeugmaschine 20 auf einer Aufstellfläche aufgestellt wird, beispielsweise dem Fußboden einer Halle. Auf der Maschinenbasis 22 ist eine Achsanordnung 23 vorhanden. Die Achsanordnung 23 umfasst mehrere Maschinenachsen 24, mittels denen ein Werkzeugträger 25 und/oder eine Werkstückspanneinrichtung 26 translatorisch bzw. rotatorisch relativ zur Maschinenbasis 22 bewegt werden kann bzw. können. Jede Maschinenachse 24 kann als rotatorische oder translatorische Achse ausgebildet sein und beispielsweise einen elektromotorischen Antrieb aufweisen. Die translatorischen Maschinenachsen weisen eine translatorische Führung, beispielsweise eine Schlittenführung und die rotatorischen Maschinenachsen 24 weisen eine rotatorische Führung auf. Solche Achsanordnungen 23 sind grundsätzlich bekannt.
Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Werkzeugmaschine 20 ist der Werkzeugträger 25 über drei translatorische Maschinenachsen 24 in die drei Raumrichtungen relativ zur Maschinenbasis 22 bewegbar.
Die Werkstückspanneinrichtung 26 ist über zwei rotatorische Maschinenachsen 24 bewegbar. Die eine Drehachse erstreckt sich dabei beispielsgemäß in eine vertikale Richtung, während die andere rotatorische Maschinenachse ein aufgenommenes Werkstück um dessen Werkstücklängsachse W drehen kann. Die Längsachse des Werkstücks ist in eingespanntem Zustand beispielsgemäß horizontal ausgerichtet.
Die Werkstückspanneinrichtung 26 ist zum Einspannen eines Werkstücks 38 (schematisiert in 9 und 10 dargestellt), insbesondere eines zylindrischen Werkstücks, eingerichtet. Das Werkstück 38 kann auch ein herzustellendes oder zu bearbeitendes Werkzeug, wie etwa ein Fräswerkzeug, ein Bohrwerkzeug, usw. sein.
Der Werkzeugträger 25 ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einer Werkzeugspindel versehen. Dadurch kann ein Schleif- und/oder eine Erodierwerkzeug rotativ um eine Spindelachse angetrieben werden. Die Spindelachse ist beispielsgemäß horizontal ausgerichtet.
Der Werkzeugträger 25 ist dazu eingerichtet, eine Werkzeugbaugruppe 27 und beim bevorzugten Ausführungsbeispiel genau eine Werkzeugbaugruppe 27 aufzunehmen. Die Werkzeugbaugruppe 27 weist jeweils ein einziges Werkzeug 28, beispielsweise ein Schleifwerkzeug oder ein Erodierwerkzeug, und einen Fluidverteiler 29 auf. Bei hergestellter Verbindung mit dem Werkzeugträger 25 dient der Fluidverteiler 29 dazu, Kühlmittel oder eine die elektrische Flüssigkeit an definierten Stellen benachbart zum Werkzeug 28 auszugeben. Ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugbaugruppe 27 ist in den 2 und 3 veranschaulicht. Zum Fluidanschluss an den Werkzeugträger 28 weist der Fluidverteiler 29 beispielsgemäß einen Anschlusskörper 30 mit einem oder mehreren Fluidanschlüssen 31 auf. Das Werkzeug 28 hat ein drehfest mit einem Werkzeugkörper, beispielsweise einer Schleifscheibe oder eine Erodierscheibe, verbundenes Kopplungsstück 32 mittels dem eine Drehantriebsverbindung mit der Werkzeugspindel hergestellt werden kann, um den Werkzeugkörper des Werkzeugs 28 drehend um die Rotationsachse anzutreiben. Während der Herstellung der Drehantriebsverbindung wird auch die Fluidverbindung mit dem Fluidverteiler 29 hergestellt.
Über einen Baugruppenträger 35 (3) sind das Werkzeug 28 und der Fluidverteiler 29 einer Werkzeugbaugruppe 27 in einer gewünschten Lage relativ zueinander positioniert und ausgerichtet. In dieser Relativlage können der Fluidverteiler 29 und das Werkzeug 28 mit dem Werkzeugträger 25 der Werkzeugmaschine 20 verbunden werden. Der Baugruppenträger 35 ist beispielsgemäß als einseitig offener Bügel mit zwei Schenkeln ausgestaltet, der eine in etwa U- oder V-förmige Gestalt aufweisen kann. Die beiden Schenkel sind an einer Seite verbunden und an der entgegengesetzten Seite zur Bildung eines Aufnahmebereichs zwischen den Schenkeln nicht miteinander verbunden.
Der Baugruppenträger 35 dient zur Lagerung jeweils einer Baugruppe 27 in einem Werkzeugmagazin 36, von dem in 1 lediglich stark schematisiert Magazinhalteteile 37 zum Halten jeweils einer Baugruppe 27 veranschaulicht sind. Das Werkzeugmagazin 36 kann mit der Maschinenbasis 22 verbunden sein bzw. an der Maschinenbasis 22 angeordnet sein. Das Werkzeugmagazin 36 befindet sich dabei außerhalb eines Arbeitsbereichs A der Werkzeugmaschine. Der Arbeitsbereich A der Werkzeugmaschine ist definiert als der Bereich, der von einem an der Werkzeugaufnahme 25 angeordneten Werkzeug 28 durch Positionieren des Werkzeugs 28 mittels der Achsanordnung 23 erreicht werden kann.
Für bearbeitete sowie nicht bearbeitete Werkstücke kann wenigstens ein Werkstückmagazin 39 vorhanden sein. Das Werkzeugmagazin 39 ist vorzugsweise ebenfalls außerhalb des Arbeitsbereichs A angeordnet. Alternativ kann wenigstens ein Werkstückmagazin 39 auch mit dem Werkstückträger 26 verbunden und gemeinsam mit diesem über die Achsanordnung 23 bewegbar sein.
Das Werkzeugmagazin 36 und optional wenigstens ein Werkstückmagazin 39 ist über eine Traganordnung 40 mit der Maschinenbasis 22 verbunden. Die Traganordnung 40 ist beispielsgemäß als Gestell ausgeführt und weist miteinander verbundene Trägerelemente 41 auf. Beim Ausführungsbeispiel verlaufen die Trägerelemente 41 entweder horizontal oder vertikal. Zusätzlich könnten auch diagonale Trägerelemente in Form von Streben vorhanden sein.
An der Traganordnung 40 ist ein Roboterarm 42 angeordnet. Ein Fußteil 43 des Roboterarms ist mit der Traganordnung 40 fest verbunden. An dem dem Fußteil 43 entgegengesetzten Ende weist der Roboterarm 42 eine Greifeinrichtung 44 auf. Die Greifeinrichtung 44 ist in den 4 und 5 sowie in einer schematischen Teildarstellung in 10 veranschaulicht. Der Roboterarm 42 weist mehrere translatorisch und/oder rotatorisch miteinander verbundene Armteile auf, um die Greifeinrichtung 44 frei im Raum bewegen und ausrichten zu können.
Die Greifeinrichtung 44 ist dazu eingerichtet, sowohl ein Werkstück 38 (9 und 10) als auch eine Werkzeugbaugruppe 27 aufnehmen und transportieren zu können.
Die Greifeinrichtung 44 weist beispielsgemäß zwei Greiferfingereinheiten 45 auf. Mittels jeder der beiden Greiferfingereinheiten 45 kann ein Werkstück 38 aufgenommen und transportiert werden. Somit kann die Greifeinrichtung 44 gleichzeitig zwei Werkstücke 38 aufnehmen. Jeder Greiferfingereinheit 45 weist hierfür zwei relativ zueinander bewegbare Greiferfinger 46 auf. Die beiden Greiferfinger 46 sind vorzugsweise translatorisch aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegbar. Alternativ hierzu könnten sie auch aufeinander zu oder voneinander weg schwenkbar ausgeführt sein. Beim Ausführungsbeispiel ist einer der beiden Greiferfinger 46 an einem Fingertragteil 47 der Greifeinrichtung 44 unbeweglich befestigt. Der jeweils andere Greiferfinger 26 derselben Greiferfingereinheit 45 ist über eine Greiferbetätigungseinheit 48 relativ zum anderen Greiferfinger 46 bewegbar.
Die Greiferbetätigungseinheit 48 weist einen Pneumatikzylinder 49 auf, der beispielsgemäß innerhalb des Fingertragteils 47 oder am Fingertragteil 47 angeordnet ist. Der Pneumatikzylinder 49 weist einen in einer Zylinderkammer bewegbaren Kolben 50 auf, der die Zylinderkammer des Pneumatikzylinders 49 in zwei Arbeitskammern fluidich unterteilt. Die eine Arbeitskammer ist über einen ersten Pneumatikanschluss 51 und die jeweils andere Arbeitskammer über einen zweiten Pneumatikanschluss 52 mit einer Druckquelle bzw. einer Drucksenke pneumatisch verbindbar. Somit kann jede der Arbeitskammern mit Druck beaufschlagt oder zum Druckabbau entlüftet werden. In der in 9 beispielhaft gezeigten Situation wird über den ersten Pneumatikanschluss 51 Druckluft zugeführt, wodurch der Kolben 50 den bewegbaren Greiferfinger 46 zum jeweils anderen Greiferfinger 46 hin bewegt und ein Werkstück 38 dazwischen halten bzw. klemmen kann. Der zweite Pneumatikanschluss 52 kann mit der Umgebung bzw. Atmosphäre verbunden sein (Entlüftung). Wenn umgekehrt Druckluft über den zweiten Pneumatikanschluss 52 zugeführt und der erste Pneumatikanschluss 51 entlüftet wird, wird die Greiferfingereinheit 45 in die das Werkstück 38 freigebende Stellung umgeschaltet.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der bewegbare Greiferfinger 46 über eine Kolbenstange mit dem Kolben 50 des Pneumatikzylinders 49 bewegungsgekoppelt und am Fingertragteil 46 gelagert und beispielsgemäß translatorisch geführt.
In 4 ist schematisch zu erkennen, dass die beiden Greiferfingereinheiten 45 derart versetzt angeordnete Greiferfinger 46 aufweisen, das zwei gleichzeitig durch die Greiferfingereinheiten 45 aufgenommene Werkstücke 38 parallel und versetzt zueinander gehalten werden. In 4 ist dies anhand der strichpunktiert dargestellten Werstücklängsachsen W veranschaulicht, die sich nicht schneiden und beispielsgemäß parallel zueinander ausgerichtet sind. Dadurch können auch längere Werkstücke 38 gleichzeitig durch die Greifeinrichtung 44 bzw. die jeweilige Greiferfingereinheit 45 aufgenommen und gehalten werden.
Jeder Greiferfingereinheit 45 ist eine separate Greiferfingerbetätigungseinheit 48 zugeordnet, so dass die beiden Greiferfingereinheiten 45 unabhängig und individuell zwischen einer jeweiligen Greifstellung zum Halten oder Klemmen eines Werkstücks 38 und einer Offenstellung umschaltbar bzw. bewegbar sind.
Die Greifeinrichtung 44 weist außerdem eine Klemmeinrichtung 56 auf. Die Klemmeinrichtung 56 hat wenigstens eine und beispielsgemäß zwei Klemmeinheiten 57. Der schematische Aufbau einer Klemmeinheit 57 ist in den 6 bis 8 und 10 veranschaulicht. Zu jeder Klemmeinheit 57 gehört ein mittels einer zugeordneten Klemmbetätigungseinheit 58 zwischen einer Haltestellung H (6 und 8) und einer Freigabestellung F (7) bewegbarer Klemmkörper 59. Der Klemmkörper 59 ist beispielsgemäß in einem Führungsschlitz 60 translatorisch bewegbar zwischen der Freigabestellung F und der Haltestellung H gelagert. Der Führungsschlitz 60 ist in einem Grundkörper 61 der Greifeinrichtung 44 vorhanden. Der Führungsschlitz 60 wird durch eine Halteaussparung 62 der Klemmeinheit 57 durchsetzt. Die Halteaussparung 62 hat beispielsgemäß eine zylindrische Kontur und ist wenigstens an einer Seite des Grundkörpers 51 offen. Die Halteaussparung 62 kann als Durchgangsloch oder als Sagloch durch den Grundkörper 61 ausgeführt sein. Sie ist dazu eingerichtet, einen Haltestift 63 zumindest teilweise aufzunehmen.
Der wenigstens eine Haltestift 63 ist an der Werkzeugbaugruppe 27 angeordnet oder, wie bei dem hier beschriebenen Beispiel, am Baugruppenträger 35. Der Baugruppenträger 35 ist durch die Haltestifte 63 als Adapter ausgebildet, der ein Aufnehmen der Werkzeugbaugruppe 27 durch die Greifeinrichtung 44 ermöglicht. Beim Ausführungsbeispiel weist der Baugruppenträger 35 zwei mit Abstand zueinander angeordnete Haltestifte 63 auf. Diese sind beispielsgemäß jeweils an einem der beiden Schenkel des gabelförmigen Baugruppenträgers 35 angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander und vorzugsweise auch parallel zur Rotationsachse des Werkzeugs 28 der Werkzeugbaugruppe 27 in dem am Baugruppenträger 35 angeordneten Zustand (3).
Jeder Haltestift 63 hat an seinem freien Ende einen Stiftkopf 64, an dem sich ein Stiftabschnitt 65 mit gegenüber dem Stiftkopf 64 geringerer Abmessung bzw. geringerem Querschnitt anschließt. Der Stiftabschnitt 65 ist über einen Verbindungsabschnitt 66 mit einem Befestigungsteil 67 des Haltestifts 63 verbunden. Der Verbindungsabschnitt 66 ist beispielsgemäß zylindrisch und hat einen Außendurchmesser, der in etwa dem Innendurchmesser in der Halteaussparung 62 entspricht. Beispielsgemäß entspricht die Abmessung bzw. der Durchmesser des Stiftkopfs 64 dem Durchmesser des Verbindungsabschnitts 66. Um den im Durchmesser kleineren Stiftabschnitt 65 ist somit eine in Umfangsrichtung geschlossene Ringnut gebildet, die einerseits durch den Stiftkopf 64 und andererseits durch den Verbindungsabschnitt 66 axial begrenzt wird. Der Befestigungsteil 67 geht beispielsgemäß unter Bildung einer Ringstufe 68 in den Verbindungsabschnitt 66 über. Er kann einen gegenüber dem Verbindungsabschnitt 66 größeren Durchmesser haben und dient zur Befestigung des Haltestifts 63 am Baugruppenträger 35. Der Befestigungsteil 67 kann beispielsweise mittels einer Befestigungsschraube 69 am Baugruppenträger 35 befestigt sein.
Die Ringstufe 68 dient als Anschlag für die Greifeinrichtung 44 und beispielsgemäß den Grundkörper 61. Greift der Haltestift 63 in die Halteaussparung 62 ein, so dass die Ringstufe 68 am Grundkörper 61 anliegt, befindet sich der Stiftabschnitt 65 im Bereich des Führungsschlitzes 60 und ist somit benachbart zum Klemmkörper 59 positioniert. Durch eine Bewegung des Klemmkörpers 59 kann dieser in die Umfangsnut um den Stiftabschnitt 65 hinein bewegt werden, um die Haltestellung H einzunehmen (8). In der Haltestellung H kann der Klemmkörper 59 den Haltestift 63 formschlüssig an der Greifeinrichtung 44 halten. Zusätzlich oder alternativ kann der Klemmkörper 59 auch eine Klemmkraft auf den Haltestift 63 ausüben.
Wie es anhand der 7 und 8 veranschaulicht ist, kann die Bewegungsrichtung des Klemmkörpers 59 auch versetzt zur Längsachse des Haltestifts 63 erfolgen. Hierfür weist der Klemmkörper 59 einen keilförmigen oder trapezförmigen Bereich 70 auf, der in der Freigabestellung F außerhalb der Umfangsnut um den Stiftabschnitt 65 und in der Haltestellung H innerhalb dieser Umfangsnut angeordnet ist (vergleiche 7 und 8).
Die Klemmbetätigungseinheit 58 weist analog zur Greiferbetätigungseinheit 48 einen Pneumatikzylinder 49 auf, dessen Zylinderkammer durch einen Kolben 50 fluidisch in zwei Arbeitskammern unterteilt ist, von denen die eine mit dem ersten Pneumatikanschluss 51 und die andere mit dem zweiten Pneumatikanschluss 52 fluidisch verbunden ist. Der Kolben 50 wird abhängig von der Druckbeaufschlagung der Arbeitskammern bewegt und ist über eine Kolbenstange mit dem Klemmkörper 59 bewegungsgekoppelt.
Wie erwähnt, sind sowohl der Pneumatikyzlinder 49 einer der Klemmbetätigungseinheiten 58, als auch der Pneumatikyzylinder 49 einer der Greiferbetätigungseinheiten 48 jeweils mit einem gemeinsamen ersten und zweiten Pneumatikanschluss 51, 52 fluidisch verbunden. Dadurch ist erreicht, dass bei einer Druckbeaufschlagung des ersten Pneumatikanschlusses 51 die Greiferfingereinheit 45 in die Greifstellung und die Klemmeinheit 57 in die Haltestellung H umgeschaltet wird. Umgekehrt wird bei einer Druckentlastung des ersten Pneumatikanschlusses 51 und einer Druckbeaufschlagung des zweiten Pneumatikanschlusses 52 die Klemmeinheit 57 in die Freigabestellung F und die Greiferfingereinheit 45 in die Offenstellung zur Freigabe eines Werkstücks 38 bewegt bzw. umgeschaltet. Somit wird jeweils eine Greiferfingereinheit 45 und eine Klemmeinheit 57 gemeinsam betätigt. Beim Ausführungsbeispiel der Greifeinrichtung 44 sind zwei Paare von gemeinsam betätigbarer Greiferfingereinheit 45 und Klemmeinheit 57 vorhanden, die jeweils einen ersten Pneumatikanschluss 51 und einen zweiten Pneumatikanschluss 52 aufweisen. Die insgesamt vier Pneumatikanschlüsse sind beispielsweise in 4 veranschaulicht. 10 zeigt die schematische Darstellung der fluidischen und beispielsgemäß pneumatischen Kopplung eines der beiden Paare aus einer der Klemmeinheiten 57 und einer der Greiferfingereinheiten 45. Das jeweils andere Paar aus Greiferfingereinheit 45 und Klemmeinheit 57 ist auf der anderen Seite der Mittelachse M der Greifereinheit 44 analog ausgeführt (vgl. auch 4).
Die Werkzeugmaschine 10 hat außerdem eine Transporteinrichtung 75, die beispielsgemäß an der Maschinenbasis 22 angeordnet ist (11 bis 17). Die Transporteinrichtung 75 ist dazu eingerichtet, bei einem Wechsel einer Werkzeugbaugruppe 27 mit dem Roboterarm 42 und mit der Achsanordnung 23 und dem Werkstückträger 35 zusammenzuarbeiten. Die Transporteinrichtung 75 weist einen nicht dargestellten Positionierantrieb auf, um die Transporteinrichtung 75 zwischen einer ersten Position P1 außerhalb des Arbeitsbereichs A der Werkzeugmaschine (11, 12 und 13) sowie einer zweiten Position P2 zumindest teilweise innerhalb des Arbeitsbereichs A der Werkzeugmaschine zu bewegen (14 bis 17). Der Positionierantrieb kann als translatorischer und/oder rotatorischer Antrieb ausgebildet sein.
Die Transporteinrichtung 75 hat beim Ausführungsbeispiel genau zwei Transportplätze 76 für jeweils genau eine Werkzeugbaugruppe 27 aus einem Werkzeug 28 und einem Fluidverteiler 29. Die beiden Transportplätze 76 sind beispielsgemäß an einem gemeinsamen Schwenkträger 77 angeordnet, der um eine Schwenkachse schwenkbar ist. Hierfür weist die Transporteinrichtung 75 einen nicht dargestellten Schwenkantrieb auf. Der Schwenkträger 77 ist durch den Schwenkantrieb beispielsgemäß um 90° gegen den Uhrzeigersinn und um 90° im Uhrzeigersinn schwenkbar. Der Schwenkbereich ist vorzugsweise begrenzt, beispielsgemäß auf die Schwenkbewegung um maximal 90° um die Schwenkachse. Eine größere Schwenkbewegung ist nicht möglich. Der Schwenkbereich kann alternativ dazu auch auf einen anderen Winkelbereich begrenzt sein, beispielsweise 100° oder auch weniger als 90°, etwa 60° oder 45°. Die Bewegung der Transporteinrichtung 75 zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 erfolgt parallel zu einer Ebene, in der sich die Schwenkachse erstreckt, beispielsgemäß einer horizontalen Ebene.
Der Schwenkantrieb sowie der Positionierantrieb zur Bewegung können jeweils pneumatisch angetrieben werden, beispielsweise mittels eines betreffenden Pneumatikzylinders.
Jeweils einer der beiden Transportplätze 76 befindet sich in einer Ein- und Auswechselposition X. In der Einwechselposition X ist eine Rotationsachse des Werkzeugs 28 der dort angeordneten Werkzeugbaugruppe 27 parallel zur Spindelachse des Werkzeugträgers 25 ausgerichtet und beispielsweise horizontal. Wenn sich einer der beiden Transportplätze in der Ein- und Auswechselposition X befindet, ist der andere Transportplatz 76 entweder vertikal darunter oder horizontal dahinter mit größerem Abstand zum Arbeitsbereich A angeordnet (vergleiche z.B. 15 und 16).
Anhand der 11 bis 17 kann ein Wechselvorgang einer Werkzeugbaugruppe 27 erläutert werden.
Zunächst befindet sich die Transporteinrichtung 75 außerhalb des Arbeitsbereichs A in der ersten Position P1 (11). Der Roboterarm 42 kann die einzuwechselnde Baugruppe 27 aus dem Werkzeugmagazin 36 entnehmen und an einem der beiden Transportplätze 76 anordnen, beispielsgemäß mittels des Baugruppenträgers 35. Wenn die einzuwechselnde Baugruppe 27 an dem Transportplatz 76 angeordnet wird, der sich in der Ein- und Auswechselposition X befindet (12), wird der Schwenkträger 77 im Anschluss daran geschwenkt, so dass sich der nicht belegte Transportplatz 76, der lediglich einen Baugruppenträger 35 aufweist, an der Ein- und Auswechselposition X befindet (13).
Diese vorstehend beschriebenen vorbereitenden Maßnahmen können durchgeführt werden, solange mit der aktuell verwendeten Werkzeugbaugruppe 27 ein Werkstück 38 bearbeitet wird.
Sobald der Wechsel der Werkzeugbaugruppe 27 erfolgen soll, wird die Transporteinrichtung 75 in die zweite Position P2 bewegt, so dass sich der den leeren Baugruppenträger 35 aufweisende Transportplatz 76 in der Ein- und Auswechselposition X befindet (14). Mittels der Achsanordnung 23 wird der Werkzeugträger 25 zu dem leeren Transportplatz 76 hin bewegt und die aktuell verwendete Werkzeugbaugruppe 27 in den Baugruppenträger 35 abgelegt. Anschließend wird der Werkzeugträger 25 soweit von der Transporteinrichtung 75 entfernt, dass diese kollisionsfrei eine Schwenkbewegung durchführen kann (15).
Durch eine Schwenkbewegung des Schwenkträgers 77 um 90° wird die einzuwechselnde Werkzeugbaugruppe 27 in die Ein- und Auswechselposition X geschwenkt (16) und kann dann durch Bewegung des Werkzeugträgers 25, die mittels der Achsanordnung 23 ausgeführt wird, am Werkzeugträger 25 aufgenommen werden (17). Der Baugruppenträger 35 bleibt am Transportplatz 76 der Transporteinrichtung 75 zurück. Anschließend entfernt sich der Werkzeugträger 25 mit der eingewechselten Werkzeugbaugruppe 27 von der Transporteinrichtung 75 und diese wird aus dem Arbeitsbereich A heraus zurück in die erste Position P1 bewegt. Zur Entnahme der ausgewechselten Werkzeugbaugruppe 27 aus der Transporteinrichtung 75 kann diese in die Ein- und Auswechselposition X geschwenkt werden, so dass die Transporteinrichtung 75 wieder die in 12 dargestellte Stellung einnimmt.
Die eingewechselte Werkzeugbaugruppe 27 kann nun zur Bearbeitung eines Werkstücks 38 verwendet werden. Währenddessen kann der Roboterarm 42 die ausgewechselte Werkzeugbaugruppe 27 aus der Transporteinrichtung 75 entnehmen und im Werkzeugmagazin 36 ablegen, wenn diese nicht beim nächsten Werkzeugwechsel wieder verwendet werden soll. Vorbereitend kann er dann die als nächstes einzuwechselnde Werkzeugbaugruppe 27 wieder in der Transporteinrichtung 75 anordnen und der Vorgang beginnt in der beschriebenen Weise von vorne.
Der Roboterarm 42 ist, wie erläutert und in 1 veranschaulicht, über die Traganordnung 40 an der Maschinenbasis 22 angeordnet, wobei die Traganordnung 40 in den 11 bis 17 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist.
Der Roboterarm 42 ist beispielsgemäß dazu eingerichtet, nur eine einzige Werkzeugbaugruppe 27 aufnehmen und tragen zu können. Er kann dementsprechend mit einer geringeren Traglast und kompakter aufgebaut sein. Um einen dennoch ausreichend schnellen Wechsel der Werkzeugbaugruppen 27 zu erreichen, bedient der Roboterarm 42 die Transporteinrichtung 75, die dann während der Wechselphase der Werkzeugbaugruppe 27 die ausgewechselte Werkzeugbaugruppe 27 aufnehmen und die einzuwechselnde Werkzeugbaugruppe 27 durch eine schnelle Schwenkbewegung in die Ein- und Auswechselposition X bringen kann. Die Wechselzeit ist dadurch gering.
Der Roboterarm 42 und die Greifeinrichtung 44 sind ausreichend belastbar, um gleichzeitig zwei Werkstücke 38 aufzunehmen. Dadurch kann ein Werkstückwechsel durch den Roboterarm 42 und die Greifeinrichtung 44 unmittelbar in Zusammenarbeit mit der Werkstückspanneinrichtung 26 ausgeführt werden. Beim Werkstückwechsel ist die Transporteinrichtung 75 nicht erforderlich.
Der Roboterarm 42 ist, wie erläutert und in 1 veranschaulicht, über die Traganordnung 40 an der Maschinenbasis 22 angeordnet. Da er während eines Bearbeitungsvorgangs eines Werkstücks 38 arbeitet bzw. arbeiten kann, um die Transportvorrichtung 25 mit einer Werkzeugbaugruppe 27 zu bestücken bzw. eine ausgewechselte Werkzeugbaugruppe 27 zu entnehmen, besteht die Gefahr, dass Schwingungen und Vibrationen durch Beschleunigungen des Roboterarms 42 in die Maschinenbasis 22 eingeleitet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel der Werkzeugmaschine 20 kann das Einleiten von Schwingungen unterbunden oder zumindest minimiert werden, so dass auch bei größeren Beschleunigungen bzw. Beschleunigungsänderungen eine negative Beeinträchtigung des Bearbeitungsvorgangs, insbesondere eines hochgenauen Schleif- oder Erodiervorgangs, unterbleibt.
Hierfür kann die Traganordnung 40 bzw. zumindest ein mit dem Fußteil 43 des Roboterarms 40 verbundener Teil der Traganordnung 40 entkoppelt und in einem Dämpfungszustand lediglich elastisch gedämpft über eine Dämpfungsanordnung 81 mit der Maschinenbasis verbunden sein. Die Dämpfungsanordnung 81 hat beispielsweise wenigstens einen elastisch verformbaren Dämpfungskörper 82. Der Dämpfungskörper 82 kann aus einem elastischen insbesondere gummielastischen Material bestehen.
An der Traganordnung 40 kann hierfür beispielsweise ein Umschaltantrieb 83, beispielsweise ein Linearantrieb, vorhanden sein. Der Umschaltantrieb 83 kann einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder aufweisen oder auch elektromotorisch angetrieben sein. Vorzugsweise führt er eine Bewegung in nur einem rotatorischen oder translatorischen Freiheitsgrad und beim Ausführungsbeispiel eine translatorische Bewegung aus. Mittels des Umschaltantriebs 83 kann die Traganordnung 40 zwischen einem starr gekoppelten, fixierten Zustand S und einem über die Dämpfungsanordnung 81 schwingungsgedämpft gekoppelten Dämpfungszustand D umgeschaltet bzw. bewegt werden.
Beim Ausführungsbeispiel kann wenigstens ein Trägerelement 41 in einen ersten Abschnitt 41a und einen zweiten Abschnitt 41b unterteilt werden, die über den Umschaltantrieb 83 relativ zueinander bewegbar sind. Beispielsweise können mehrere oder sämtliche vertikal ausgerichteten Trägerelemente 41 entsprechend in einen ersten Abschnitt 41a und einen zweiten Abschnitt 41b unterteilt sein und über einen gemeinsamen oder jeweils einen Umschaltantrieb 83 relativ zueinander bewegbar sein. Wesentlich ist, dass der Teil der Traganordnung 40 zwischen dem fixierten Zustand S und dem Dämpfungszustand D umgeschaltet werden kann, an dem der Roboterarm 42 angeordnet ist, so dass eine starre Kopplung oder eine elastische Kopplung zwischen der Maschinenbasis 22 und dem Roboterarm 42 erreichbar ist.
Bei dem in den 18 und 19 stark schematisiert dargestellten Beispiel weist einer der Abschnitte und beispielsgemäß der erste Abschnitt 41a starre Kopplungselemente 84 auf, die beispielsgemäß als Kopplungszapfen ausgebildet sind. Als starr werden Kopplungselemente 84 bezeichnet, die sich bei den üblicherweise einwirkenden Kräften nicht oder lediglich unwesentlich verformen. Die beiden Kopplungselemente 84 des ersten Abschnitts 41a sind im Wesentlichen spielfrei in Kopplungsausnehmungen 85 am zweiten Abschnitt 41b aufgenommen, wenn sich die Traganordnung 40 im fixierten Zustand S befindet (18). In diesem fixierten Zustand S kann sich der erste Abschnitt 41a relativ zum zweiten Abschnitt 41b nicht oder lediglich unwesentlich bewegen. Die Position des Roboterarms 42 bzw. der Greifeinrichtung 44 lässt sich im fixierten Zustand S relativ zu einem gegenüber der Maschinenbasis 22 ortsfesten Koordinatensystem sehr genau positionieren. Dies ist beispielsweise für das Ein- und Auswechseln von Werkstücken 38 in die Werkstückspanneinrichtung 26 oder beim Einsetzen bzw. Entnehmen eines Werkstücks 38 aus einem Werkstückmagazin 39 wesentlich, das ortsfest an der Maschinenbasis 22 angeordnet ist.
In der fixierten Stellung S kann der Umschaltantrieb 83 auch eine Klemmkraft zwischen dem ersten Abschnitt 41a und dem zweiten Abschnitt 41b erzeugen, so dass die beiden Abschnitte 41a, 41b mit einer Kraft gegeneinander gedrückt werden.
Durch das Umschalten in den Dämpfungszustand D werden die Kopplungselemente 84 aus der jeweils zugeordneten Kopplungsausnehmung 85 heraus bewegt. Eine Klemmkraft zwischen dem ersten Abschnitt 41a und dem zweiten Abschnitt 41b des Trägerelements 41 wird aufgehoben und die Verbindung zwischen diesen beiden Abschnitten 41a, 41b wird ausschließlich unter Vermittlung der Dämpfungsanordnung 81 mit dem wenigstens einen Dämpfungskörper 82 erreicht. Beispielsgemäß kann sich der Umschaltantrieb 83 über die Dämpfungsanordnung 81 an einem der beiden Abschnitte und beispielsgemäß am zweiten Abschnitt 41b abstützen und den jeweils anderen Abschnitt, beispielsgemäß den ersten Abschnitt 41a, tragen, z.B. vertikal abstützen. Dieser Dämpfungszustand D ist in 19 schematisch gezeigt. Die beiden Abschnitte 41a, 41b haben dort einen Vertikalabstand zueinander und sind lediglich noch über die Dämpfungsanordnung 81 elastisch dämpfend gekoppelt. Eine Koppelstange 86 des Umschaltantriebs 83 ragt vorzugsweise berührungslos durch eine Aussparung an dem zweiten Abschnitt 41b hindurch und ist fest mit dem ersten Abschnitt 41a verbunden. Das jeweils andere Ende der Koppelstange 86 ist mit dem Antriebszylinder des Umschaltantriebs 83 verbunden, der sich über die Dämpfungsanordnung 81 am zweiten Abschnitt 41b abstützt.
In den 20 und 21 ist eine alternative Ausführungsform der Traganordnung veranschaulicht, wobei in 20 der fixierte Zustand S und in 21 der Dämpfungszustand D veranschaulicht ist. Bei der abgewandelten Ausführungsform ist ein Zylinder des Umschaltantriebs 83 immer über einen Dämpfungskörper 82 der Dämpfungsanordnung 81 mit dem zweiten Abschnitt 41b des Trägerelements 41 verbunden. Auch hier kann eine ausreichend große Klemm- oder Spannkraft im fixierten Zustand S zwischen den beiden Abschnitten 41a und 41b erzeugt werden. Die Kopplungselemente 84 sind bei dieser Ausführungsform gestuft und haben eine erste Stufe 84a mit größerem und eine zweite Stufe 84b mit geringerem Durchmesser. Der Innendurchmesser der Kopplungsausnehmung 85 ist bei dieser Ausführung an den Außendurchmesser der ersten Stufe 84 angepasst, die im fixierten Zustand S innerhalb der Kopplungsausnehmung 85 angeordnet ist und die starre im Wesentlichen spielfreie Kopplung zwischen den beiden Abschnitten 41a, 41b bewirkt. Die zweite Stufe 84b des jeweiligen Kopplungselements 84 erstreckt sich durch eine Aussparung in einem jeweiligen Dämpfungskörper 82 der Dämpfungsanordnung 81. Wird nun in den Dämpfungszustand D umgeschaltet, werden die ersten Stufen 84a aus der Kopplungsausnehmung 85 herausbewegt, so dass nur noch die zweiten Stufen 84b innerhalb der Aussparungen eines jeweiligen Dämpfungskörpers 82 verbleiben. Über die Dämpfungskörper ist dadurch eine elastische, schwingungsdämpfende Kopplung zwischen den beiden Abschnitten 41a und 41b hergestellt. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel hebt der Umschaltantrieb 83 den ersten Abschnitt 41a vertikal vom zweiten Abschnitt 41b ab, wodurch der Dämpfungszustand D erreicht wird.
Die Ausführungsbeispiele gemäß der 18 und 19 sowie 20 und 21 können auch miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können die gestuften Kopplungselemente 84 mit den zusätzlichen Dämpfungskörpern 82 innerhalb der Kopplungsausnehmung 85 auch beim Ausführungsbeispiel gemäß der 18 und 19 eingesetzt werden. Die Verbindung des Umschaltantriebs 83 im fixierten Zustand S ohne Dämpfungskörper 82 mit beiden Abschnitten 41a, 41b kann auch beim Ausführungsbeispiel gemäß der 20 und 21 eingesetzt werden. Weitere Ausführungsformen zum starren Koppeln und gedämpften Entkoppeln von zwei Abschnitten 41a, 41b der Traganordnung 40 sind ebenfalls möglich. Auch könnte das Trennen der beiden Abschnitte 41a, 41b alternativ zu den gezeigten Beispielen in einer horizontalen Richtung erfolgen, wobei das Entkoppeln in vertikaler Richtung bevorzugt ist.
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine 20, beispielsweise eine Schleifmaschine und/oder eine Erodiermaschine 21. Die Werkzeugmaschine 20 hat eine Maschinenbasis 22 sowie eine Achsanordnung 23 zur Bewegung eines Werkzeugträgers 25 und/oder einer Werkstückspanneinrichtung 26 relativ zur Maschinenbasis 22. An der Maschinenbasis 22 ist eine Transporteinrichtung 75 mit vorzugsweise genau zwei Transportplätzen 76 für jeweils eine Werkzeugbaugruppe 27 vorhanden. Ein Roboterarm 42 mit einer Greifeinrichtung 44 ist dazu eingerichtet, entweder zwei Werkstücke 38 oder alternativ eine einzige Werkzeugbaugruppe 27 zu greifen und zu bewegen. Dadurch kann über den Roboterarm 42 unmittelbar ein Werkstückwechsel mit der Werkstückspanneinrichtung 26 ausgeführt werden oder es kann eine Werkzeugbaugruppe 27 aufgenommen und in der Transporteinrichtung 75 angeordnet bzw. aus der Transporteinrichtung 75 entnommen werden. Die Transporteinrichtung 75 kann aus dem Arbeitsbereich A der Werkzeugmaschine 20 heraus und in den Arbeitsbereich A hinein bewegt werden und in Zusammenarbeit mit der Achsanordnung 23 der Werkzeugmaschine 20 einen Wechsel der Werkzeugbaugruppe 27 am Werkzeugträger 25 vornehmen.
Bezugszeichenliste

20: Werkzeugmaschine
21: Schleif- und/oder Erodiermaschine
22: Maschinenbasis
23: Achsanordnung
24: Maschinenachse
25: Werkzeugträger
26: Werkstückspanneinrichtung
27: Werkzeugbaugruppe
28: Werkzeug
29: Fluidverteiler
30: Anschlusskörper
31: Fluidanschluss
32: Kopplungsstück
35: Baugruppenträger
36: Werkzeugmagazin
37: Magazinhalteteil
38: Werkstück
39: Werkstückmagazin
40: Traganordnung
41: Trägerelement
41a: erster Abschnitt des Trägerelements
41b: zweiter Abschnitt des Trägerelements
42: Roboterarm
43: Fußteil
44: Greifeinrichtung
45: Greiferfingereinheit
46: Greiferfinger
47: Fingertragteil
48: Greiferbetätigungseinheit
49: Pneumatikzylinder
50: Kolben
51: erster Pneumatikanschluss
52: zweiter Pneumatikanschluss
56: Klemmeinrichtung
57: Klemmeinheit
58: Klemmbetätigungseinheit
59: Klemmkörper
60: Führungsschlitz
61: Grundkörper
62: Halteaussparung
63: Haltestift
64: Stiftkopf
65: Stiftabschnitt
66: Verbindungsabschnitt
67: Befestigungsteil
68: Ringstufe
69: Befestigungsschraube
70: trapezförmiger Bereich
75: Transporteinrichtung
76: Transportplätze
77: Schwenkträger
81: Dämpfungsanordnung
82: Dämpfungskörper
83: Umschaltantrieb
84: Kopplungselement
84a: erste Stufe des Kopplungselements
84b: zweite Stufe des Kopplungselements
85: Kopplungsausnehmung
86: Koppelstange
A: Arbeitsbereich
D: Dämpfungszustand
F: Freigabestellung
H: Haltestellung
P1: erste Position
P2: zweite Position
S: fixierter Zustand
W: Werkstücklangsachse
X: Ein- und Auswechselposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1074367 A [0002]
DE 19844242 A1 [0003]

Claims

Werkzeugmaschine (20), insbesondere Schleif- und/oder Erodiermaschine (21), mit einer Maschinenbasis (22), mit einer an der Maschinenbasis (22) angeordneten Achsanordnung (23) mit mehreren Maschinenachsen (24), die zur Positionierung und/oder Bewegung eines Werkzeugträgers (25) und/oder einer Werkstückspanneinrichtung (26) relativ zur Maschinenbasis (22) eingerichtet ist, wobei der Werkzeugträger (35) zur Aufnahme einer Werkzeugbaugruppe (27) mit einem Werkzeug (28) und einem Fluidverteiler (29) eingerichtet ist, mit einer Transporteinrichtung (75), die zwischen einer ersten Position (P1) außerhalb des Arbeitsbereichs (A) des Werkzeugs (28) und einer zweiten Position (P2) innerhalb des Arbeitsbereichs (A) bewegbar ist, und zwei Transportplätze (76) zur Aufnahme jeweils einer Werkzeugbaugruppe (27) aufweist, mit einem Roboterarm (42), der eine Greifeinrichtung (44) aufweist, die zum Greifen wenigstens eines Werkstücks (38) und zum Greifen einer der Werkzeugbaugruppen (27) eingerichtet ist, so dass mittels des Roboterarms (42) ein Werkstückwechsel ausgeführt werden kann oder eine Werkzeugbaugruppe (27) an einem der Transportplätze (76) der Transporteinrichtung (75) angeordnet oder von einem der Transportplätze (76) entnommen werden kann.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (75) in genau einem translatorischen oder rotatorischen Freiheitsgrad zwischen der ersten Position (P1) und der zweiten Position (P2) bewegbar ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (75) einen Schwenkträger (77) aufweist, der die beiden Transportplätze (76) aufweist und in der ersten Position (P1) und der zweiten Position (P2) um eine Schwenkachse schwenkbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung (44) wenigstens eine Greiferfingereinheit (45) aufweist, die dazu eingerichtet ist, jeweils eines der Werkstücke (38) zu greifen, und dass die Greifeinrichtung (44) eine Klemmeinrichtung (56) aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine der Werkzeugbaugruppen (27) zu greifen.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Greiferfingereinheiten (45) vorhanden sind, die unabhängig voneinander mittels jeweils einer Greiferbetätigungseinheit (48) betätigbar sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (56) wenigstens eine Klemmeinheit (57) mit jeweils einem Klemmkörper (59) und einer Halteaussparung (62) aufweist, wobei die Halteaussparung (62) zur Aufnahme eines Haltestifts (63) eingerichtet ist, der an der Werkzeugbaugruppe (27) oder einem die Werkzeugbaugruppe (27) haltenden Baugruppenträger (35) angeordnet ist, und wobei der Klemmkörper (59) zwischen einer den Haltestift (63) beaufschlagenden Haltestellung (H) und einer den Haltestift (63) frei gebenden Freigabestellung (F) bewegbar ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Klemmeinheit (58) mittels jeweils einer Klemmbetätigungseinheit (58) betätigbar ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 und nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Klemmbetätigungseinheiten (58) und eine der Gereiferbetätigungseinheiten (48) zur gemeinsamen Betätigung fluidisch und/oder mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkzeugmagazin (36) zur Bevorratung mehrerer Werkzeugbaugruppen (27) und/oder ein Werkstückmagazin (39) zur Bevorratung mehrerer unbearbeiteter und/oder bearbeiteter Werkstücke (38) vorhanden ist, wobei das Werkzeugmagazin (36) und/oder das Werkstückmagazin (39) in der Reichweite des Roboterarms (42) angeordnet ist bzw. sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Maschinenbasis (22) eine Traganordnung (40) angeordnet ist, die den Roboterarm (42) trägt.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Traganordnung (40) zwischen einem fixierten Zustand (S) und einem Dämpfungszustand (D) umschaltbar ist, wobei zumindest ein den Roboterarm (42) tragender Teil der Traganordnung (40) im Dämpfungszustand (D) über eine Dämpfungsanordnung (81) elastisch mit der Maschinenbasis (22) verbunden ist und im fixierten Zustand (S) über wenigstens ein Kopplungselement (84) im Wesentlichen spielfrei mit der Maschinenbasis (22) verbunden ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Traganordnung (40) über einen Antrieb (83) in einem Freiheitsgrad bewegbar ist, um das Umschalten zwischen dem fixierten Zustand (S) und dem Dämpfungszustand (D) zu bewirken.
Verfahren zum Auswechseln einer Werkzeugbaugruppe (27) an einem Werkzeugträger (35) einer Werkzeugmaschine (10) mit einer an der Maschinenbasis (22) angeordneten Achsanordnung (23) mit mehreren Maschinenachsen (24), die zur Positionierung und/oder Bewegung des Werkzeugträgers (35) und/oder einer Werkstückspanneinrichtung (26) relativ zur Maschinenbasis (22) eingerichtet ist, wobei die Werkzeugbaugruppe (27) ein Werkzeug (28) und einen Fluidverteiler (29) aufweist, mit einer Transporteinrichtung (75), die zwischen einer sich außerhalb des Arbeitsbereichs (A) des Werkzeugs (28) befindenden ersten Position (P1) und einer sich innerhalb des Arbeitsbereichs (A) befindenden zweiten Position (P2) bewegbar ist, und zwei Transportplätze (76) zur Aufnahme jeweils einer Werkzeugbaugruppe (27) aufweist, und mit einem Roboterarm (42), der eine Greifeinrichtung (44) aufweist, die zum Greifen wenigstens eines Werkstücks (38) und zum Greifen einer der Werkzeugbaugruppen (27) eingerichtet ist, mit folgenden Schritten: - Positionieren der Transporteinrichtung (75) in der ersten Position (P1), - Anordnen einer einzuwechselnden Werkzeugbaugruppe (27) in einem der Transportplätze (76) der Transporteinrichtung (75) in deren erster Position (P1) mittels des Roboterarms (42), - Bewegen der Transporteinrichtung (76) in die zweite Position (P2), - Anordnen der am Werkzeugträger (35) aktuelle vorhandenen Werkzeugbaugruppe (27) im freien Transportplatz (76) der Transporteinrichtung (75) in deren zweiter Position (P2) unter Verwendung wenigstens einer Maschinenachse (24) der Achsanordnung (23), - Entfernen des Werkzeugträgers (35) von der Transporteinrichtung (75) unter Verwendung wenigstens einer Maschinenachse (24) der Achsanordnung (23), - Schwenken der Transporteinrichtung (75) in deren zweiter Position (P2) um den Transportplatz (76) mit der einzuwechselnden Werkzeugbaugruppe (27) in eine Ein- und Auswechselposition (X) zu bringen, - Aufnehmen der einzuwechselnden Werkzeugbaugruppe (27) mittels des Werkzeugträgers (35) und Entfernen des Werkzeugträgers von der Transporteinrichtung (75) unter Verwendung wenigstens einer Maschinenachse (24) der Achsanordnung (23), - Bewegen der Transporteinrichtung (75) aus der zweiten Position (P2) in die erste Position (P1).