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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Bestücken
von Werkzeugen in Werkzeugmagazinen nach dem Oberbegriff des Anspruches
1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
nach dem Oberbegriff des Anspruches 12.
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Die Bearbeitung von Werkstücken durch spanende
Formgebung erfolgt häufig
auf Bearbeitungszentren mit automatischen Werkzeugwechslern. Am
Bearbeitungsprozeß sind
meist mehrere Werkzeuge beteiligt, die in bestimmter Reihenfolge Bearbeitungen
am Werkstück
ausführen,
zum Beispiel durch Bohren oder Fräsen. Die Werkzeuge unterliegen
dabei einem Schneidenverschleiß,
der in Form von Auskolkungen, Freiflächenverschleiß, Rissen
usw. auftritt. Unter verschlissenen Werkzeugen sind Werkzeuge zu
verstehen, deren Standzeitende erreicht ist und die aufgrund ungenügender Bearbeitungsqualität oder aufgrund
von Erfahrungswerten nach einer bestimmten Einsatzdauer ausgetauscht werden
müssen.
Weil die am Bearbeitungsprozeß beteiligten
Werkzeuge meist unterschiedliche Einsatzdauer aufweisen, zum Beispiel
aufgrund unterschiedlicher Einsatzitensität und/oder aufgrund unterschiedlicher
Verschleißfestigkeit,
ist ihre Auswechslung meist zu unterschiedlichen Zeiten fällig. Ebenso
gelten gebrochene Werkzeuge als verschlissen, wenn ein identisches
Ersatzwerkzeug im Werkzeugmagazin enthalten ist, mit dem die Bearbeitung ohne
Unterbrechung fortgeführt
werden kann.
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Bei bekannten Verfahren können die
Werkzeuge hauptzeitparallel in Werkzeugmagazinen bestückt werden.
Allerdings muß der
Bearbeitungsprozeß für einen
bestimmten Zeitraum unterbrochen werden, vor allem bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung
von Leichtmetallwerkstoffen.
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Es gibt verschiedene Arten von Werkzeugmagazinen,
zum Beispiel Regalmagazine, Kettenmagazine, Scheibenmagazine oder
Rechenmagazine, die zum Teil auf gleiche, zum Teil aber auch auf
unterschiedliche Weise bestückt
werden. Bestückung bedeutet
das Austauschen von verschlissenen Werkzeugen gegen neue Werkzeuge
oder, wenn das Magazin leer ist, nur das Befüllen mit neuen Werkzeugen.
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Es ist eine Werkzeugmaschine bekannt
(
EP 0 263 682 ), die
mit einem sternförmigen
Werkzeugträgerspeicher
versehen ist. Jeder Werkzeugträger nimmt
eine Gruppe von Werkzeugen auf. Jeweils einer der Werkzeugträger wird über eine
Wechselstation in eine Position in der Bearbeitungsmaschine transportiert,
in der die Hauptspindel Werkzeuge entnehmen kann. Während der
Bearbeitung können
die Werkzeugträger
im Werkzeugträgerspeicher
neu bestückt
werden. Während
des Transports der Werkzeugträger
zwischen dem Speicher und der Bearbeitungsmaschine muß der Bearbeitungsprozeß unterbrochen
werden, so daß unproduktive
Stillstandzeiten entstehen. Einzelne verschlissene Werkzeuge können auch
nicht aus dem in der Bearbeitungsmaschine befindlichen Werkzeugträger direkt
ausgewechselt werden, sondern nur dann, wenn sich der Werkzeugträger im Werkzeugträgerspeicher
befindet. Werden Werkzeuge nach ihrem jeweiligen Standzeitende ausgetauscht,
entstehen in der Summe lange Maschinenstillstandzeiten.
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Bei einem bekannten Bearbeitungszentrum mit
einem Werkzeugmagazin (
DE
199 50 318 C2 ) sind mehrere Werkzeugkammkassetten vorgesehen, die
jeweils mit einer Gruppe von Werkzeugen versehen sind. Die Kassetten
sind in einem kreisförmigen Scheibenmagazin
untergebracht. Über
eine Handhabungseinrichtung kann je eine Kassette in eine untere
Position gebracht werden, in der ein Maschinenbediener hauptzeitparallel
eine Einzelbestückung
mit neuen Werkzeugen vornehmen kann. Eine direkte Bestückung der
Werkzeugspeicherplätze
in den Werkzeugkammkassetten, aus denen die Werkzeuge von der Hauptspindel
im Pick-up-Verfahren entnommen werden, ist nicht möglich, so
daß im
Falle von verschlissenen Werkzeugen ein Austausch über die
Kassetten in der unteren Regalposition erforderlich ist. Da die
Werkzeuge in den einzelnen Werkzeugkammkassetten in der Reihenfolge
des Bearbeitungsprozesses sortiert vorliegen, muß der Bearbeitungsprozeß beim Verfahren
einer Kassette in die untere Regalposition meist unterbrochen werden,
weil nachfolgend benötigte
Werkzeuge zusammen mit der neu zu bestükkenden Kassette in die Bestückungsposition
gefahren werden. Hierdurch entstehen unproduktive Maschinenstillstandzeiten.
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Es sind auch Regalmagazine bekannt,
die hauptzeitparallel bestückt
werden können.
Dazu werden verschlissene Werkzeuge innerhalb der Maschine mit einer
Bereitstellungsseinrichtung des Werkzeugmagazins in Ablageplätzen einer
Schleuse abgelegt. Neue Werkzeuge werden von außerhalb durch einen Maschinenbediener
ebenfalls an der Schleuse abgelegt. Sie wird gedreht, so daß die neuen
Werkzeuge von der Bereitstellungseinrichtung in die entsprechenden
Werkzeugmagazinplätze
verbracht werden können.
Aufgrund der großen
Distanzen in Regalmagazinen entstehen durch diese Vorgehensweise
Maschinenstillstandzeiten dann, wenn die Bereitstellungseinrichtung
durch das Ablegen verschlissener Werkzeuge in die Schleuse bzw. durch
das Einsortieren der neuen Werkzeuge belegt ist und während dieses
Vorganges keine Werkzeuge für
die Einwechslung in die Hauptspindel bereitgestellt werden können. Diese
Problematik tritt vor allem bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung
von Leichtmetallwerkstoffen, zum Beispiel Aluminium oder Magnesium,
auf, bei der die Hauptzeit oft nur wenige Sekunden beträgt. Werkstücke aus
diesen Werkstoffen, wie zum Beispiel Zylinderkurbelgehäuse oder
Getriebegehäuse,
werden in hoher Stückzahl von
Automobilherstellern häufig
in Fertigungssystemen produziert, die aus mehreren Bearbeitungszentren
bestehen. Die genannten Randbedingungen führen zur Unterbrechung der
Bearbeitung, so daß die
Möglichkeit
der hauptzeitparallelen Magazinbestückung nicht mehr zum Tragen
kommt, wodurch die grundsätzlich
hohe Produktivität
der Maschine stark verringert wird. Als Folge hiervon steigen die Stückkosten,
wodurch diese Maschinenkonzepte für die Bearbeitung von Leichtmetallwerkstücken nur noch
bedingt geeignet sind.
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Es sind ferner Bearbeitungszentren
mit Kettenmagazinen bekannt. Dieser Werkzeugmagazintyp zeichnet
sich bis zu einer bestimmten Werkzeuganzahl durch sehr geringe Bereitstellungszeiten
und einfachen Aufbau aus. Bei einer besonderen Ausbildung werden
die Werkzeuge mit ihrem Werkzeugschaft nicht direkt in Spannzangen
im Kettenmagazin aufgenommen, sondern in Adaptern. Zur Bestückung des
Magazins wird jeweils nach dem Stillsetzen der Maschine und nach
dem Öffnen
einer Schutzklappe ein Werkzeug zusammen mit dem Adapter aus dem Magazin
herausgeschoben. Bei Bestückung
des Werkzeugmagazins durch den Bediener wird die Maschine dann stillgesetzt,
wenn sie ein neues Werkzeug anfordert und der Bediener die Bestückung aber
noch nicht abgeschlossen hat. Aus Sicherheitsgründen darf die Kette nämlich nicht
bewegt werden, solange die Schutztür geöffnet ist.
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Es sind auch Werkzeugmaschinen bekannt, bei
denen zwei voneinander unabhängige
Kettenmagazine auf einander gegenüberliegenden Seiten eines drehbaren
Turmes angebracht sind. Das erste Ket tenmagazin kann hauptzeitparallel
beladen werden, während
aus dem zweiten Kettenmagazin Werkzeuge für die Hauptspindel bereitgestellt
werden. Zum Austauschen verschlissener Werkzeuge aus dem zweiten
Kettenmagazin muß allerdings
der Turm gedreht werden, wodurch der Bearbeitungsprozeß dann unterbrochen
wird, wenn für
die weitere Bearbeitung ein neues Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin
benötigt
wird, der Bediener die Bestückung aber
noch nicht abgeschlossen hat. Dies ist vor allem bei kurzen Hauptzeiten
der Fall.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das
gattungsgemäße Verfahren
und die gattungsgemäße Vorrichtung
so auszubilden, daß eine
Bestückung
ohne Unterbrechung des Bearbeitungsprozesses möglich ist.
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Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren
erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und bei der gattungsgemäßen Vorrichtung
erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 12 gelöst.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Bestückung
während
des Bearbeitungsprozesses gewährleistet,
indem während
eines Zeitfensters das Werkzeug aus der Bestückungsposition in eine Übergabeposition
bzw. umgekehrt transportiert wird. Eine Produktionsunterbrechung
aufgrund der Werkzeugbestückung
ist beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht
erforderlich. Vorteilhaft wird das Werkzeug zusammen mit dem Adapter
transportiert.
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Vorteilhaft trennen eine oder mehrere Schutzklappen
bzw. Schutztüren
die Bestückungsposition
vom Werkzeugmagazin und verhindern, daß das Bedienpersonal in das
sich bewegende Werkzeugmagazin greifen kann. Es ist nach dem Transport
und nach dem Schließen
der Schutztür
sofort wieder einsatzbereit und kann ein neues Werkzeug in die Übergabeposition
zur Hauptspindel bereitstellen.
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Vorteilhaft ist, wenn die Werkzeugbestückung in
das gleiche Werkzeugmagazin erfolgt, aus dem auch die Werkzeuge
für die
Bearbeitungsprozesse in die Hauptspindel übergeben werden. Ein weiteres
Werkzeugmagazin ist dann nicht erforderlich.
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Von Vorteil ist, wenn der Adapter
zusammen mit dem Werkzeug mittels einer einfachen Wechselvorrichtung
aus seiner Position im Werkzeugmagazin entnommen und auf eine komplizierte,
störanfällige Handhabungseinrichtung
verzichtet werden kann. Die Adapter sind dabei so ausgebildet, daß sie jeweils
ein Werkzeug aufnehmen können
und zur Wechselvorrichtung immer die gleiche Schnittstelle aufweisen.
Die Werkzeuge können
in Form, Länge und
Durchmesser unterschiedlich sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft
so ausgebildet, daß gleichzeitig
nur ein Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin ausgetauscht werden kann.
Eine solche Ausbildung wird besonders vorteilhaft dann eingesetzt,
wenn die Werkzeuge unterschiedlich lange Standzeiten aufweisen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausbildung können
gleichzeitig mehrere Werkzeuge aus dem Werkzeugmagazin ausgetauscht
werden. Eine solche Vorrichtung wird bevorzugt dann eingesetzt, wenn
die Werkzeuge gleich lange Standzeiten aufweisen oder wenn ganze
Werkzeuggruppen für
die Fertigung neuer Werkstücke
ausgetauscht werden müssen.
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Bei einer besonders vorteilhaften
Ausbildung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgeführt, daß wahlweise
nur ein einzelnes oder mehrere Werkzeuge gleichzeitig ausgetauscht
werden können.
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Eine verschlissenes Werkzeug kann
mit seinem Adapter über
die Wechselvorrichtung nur dann aus dem Werkzeugmagazin in die Bestückungsposition
transportiert werden, wenn sich das entsprechende Werkzeug im Werkzeugmagazin
in der Übergabeposition
befindet. Ebenso kann ein neues, scharfes Werkzeug mit seinem Adapter über die Wechselvorrichtung
nur dann in das Werkzeugmagazin transportiert werden, wenn sich
der entsprechende freie Magazinplatz in der Übergabeposition befindet. Werden
mehrere Werkzeuge gleichzeitig bestückt, so ist jedem Werkzeug
eine Übergabeposition zugeordnet.
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Für
das Transportieren eines verschlissenen Werkzeuges aus dem Magazin
bzw. für
das Transportieren eines neuen, scharfen Werkzeuges steht dann ein
von der Maschinensteuerung aus bekannten Prozeßdaten errechnetes Zeitfenster
zur Verfügung.
Erfolgt der Werkzeugwechsel in die Maschinenspindel aus dem Werkzeugmagazin über einen Wechselgreifer,
so ist erstens die Bearbeitungszeit des dann in der Spindel befindlichen
Werkzeuges, zweitens die Bereitstellungszeit des für den nächsten Prozeßschritt
erforderlichen Werkzeuges in den Wechselgreifer und drittens die
Verfahrzeit des Werkzeugmagazins in die Bereitstellungsposition
zur Aufnahme des momentan in der Hauptspindel befindlichen Werkzeuges
maßgeblich
für die
Berechnung des Zeitfensters. Innerhalb dieses Zeitfensters kann das
Werkzeugmagazin das verschlissene Werkzeug in die Übergabeposition
fahren, in der es zusammen mit dem Adapter automatisch oder manuell
in die Bestückungsposition
transportiert werden kann. Durch diese Verfahrensweise wird ein
ununterbrochener Produktionsablauf gewährleistet.
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Für
die Vorausberechnung der Zeitfenster ist eine komplexe Software
erforderlich, die immer an das Bearbeitungsprogramm angepaßt werden
muß. In
einer besonders vorteilhaften Variante werden die Zeitfenster deshalb
mit Hilfe einer Analysesoftware ermittelt, die während des Ablaufs eines Bearbeitungszyklus
automatisch ermittelt, wie lange die einzelnen Zeitfenster sind.
Die Software ist quasi selbstlernend und dadurch für alle Programme
anwendbar. Diese Vorgehensweise ist gegenüber der Vorausberechnung flexibler,
weil aktuelle Werte für
die Zeitfenster bei Änderungen
im Programmablauf bereits nach einem Bearbeitungszyklus zur Verfügung stehen.
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Erfolgt der Werkzeugwechsel in die
Maschinenspindel aus dem Werkzeugmagazin im Pick-up-Verfahren, verlängert sich
das Zeitfenster, weil die Bereitstellung eines neuen Werkzeuges
entfällt.
Im Pick-up-Verfahren wird ein neues Werkzeug erst dann bereitgestellt,
wenn das in der Spindel befindliche Werkzeug im Werkzeugmagazin
abgelegt ist.
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Unterbleibt der Transport des verschlissenen Werkzeuges
aus der Übergabeposition
in die Bestückungsposition
oder umgekehrt während
des Zeitfensters, wird der Bearbeitungsprozeß fortgesetzt. Die Entnahme
kann dann erst wieder beim nächsten Zeitfenster
erfolgen.
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Der Zeitpunkt des Austausches von
Werkzeugen kann vom Maschinenbediener aufgrund von Erfahrungswerten
vorgenommen werden, etwa wenn eine Oberflächenqualität nicht mehr den Forderungen
entspricht. Er teilt der Steuerung dann den beabsichtigten Wechsel
mit. Die Steuerung berechnet die erforderlichen Programmschritte
und fährt
das Werkzeugmagazin während
des Zeitfensters in die Übergabeposition.
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Der Zeitpunkt des Austausches von
Werkzeugen kann aber auch in der Maschinensteuerung abgelegt und
dem Maschinenbediener mit einer Meldung auf einem Bildschirm angezeigt
werden. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn mit der Maschine immer
die gleichen Werkstücke
in hoher Stückzahl bearbeitet
werden, zum Beispiel bei Fertigungseinrichtungen in der Automobilindustrie.
Hier liegen in der Regel qualifizierte Erfahrungswerte über die
Einsatzdauer der einzelnen Werkzeuge vor.
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Die Daten aus der Maschinensteuerung
können
auch in ein Werkzeugbereitstellungszentrum übermittelt werden, in dem rechtzeitig
vor dem Austausch der verschlissenen Werkzeuge neue Werkzeuge vorbereitet
und zur Auswechslung an die Maschine gebracht werden können. Der
Maschinenbediener kann dann rechtzeitig neue Werkzeuge in die Bestückungsposition
bringen.
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Besonders einfach wird das Bestücken des Werkzeugmagazins
für den
Maschinenbediener, wenn zusätzlich
zum Bildschirm der Maschinensteuerung ein Bildschirm im Sichtbereich
der Bestückungsposition
die genaue Bezeichnung des zu wechselnden Werkzeuges anzeigt. Erfolgt
der Transport manuell durch den Bediener, ist es außerdem vorteilhaft,
in der Anzeige die zum Betätigen
der Wechseleinrichtung zur Verfügung
stehende Zeit, also das Zeitfenster, anzuzeigen.
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Es ist auch möglich, in hochautomatisierten Anlagen
die Werkzeugbestückung über eine
Handhabungseinrichtung automatisch vorzunehmen. Neue Werkzeuge werden
dann beispielsweise in einer Werkzeugpalette bereitgestellt. Ein
Roboter entnimmt verbrauchte Werkzeuge dem Adapter in der Bestückungsposition
und fügt
ein neues Werkzeug in den Adapter ein. Die Wechselvorrichtung wird
dann während
des Zeitfensters automatisch betätigt.
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Selbstverständlich kann die Wechseleinrichtung
auch zur Werkzeugbestückung
gebrochener oder aus sonstigen Gründen zu wechselnder Werkzeuge
verwendet werden, wenn die Maschine aufgrund einer geplanten oder
ungeplanten Produktionsunterbrechung stillsteht.
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Besonders vorteilhaft ist die vor
allem bei manuellem Werkzeugtausch gute Zugänglichkeit zur Bestückungsposition,
die der Maschinenbediener ohne Leiter oder Podeste erreichen kann.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den weiteren Ansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand einiger
in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es
zeigen
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1 in
Vorderansicht eine Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugbestückungseinrichtung
in schematischer Darstellung,
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2 in
Vorderansicht und in schematischer Darstellung ein Kettenmagazin
mit der erfindungsgemäßen Werkzeugbestükkungseinrichtung
zur automatischen Bestückung
eines einzelnen Werkzeuges,
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3 in
Vorderansicht und in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform
eines Kettenmagazins mit der erfindungsgemäßen Werkzeugbestückungseinrichtung
zur manuellen Bestückung eines
einzelnen oder mehrerer Werkzeuge,
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4 in
Vorderansicht und in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform
eines Kettenmagazins mit der erfindungsgemäßen Werkzeugbestückungseinrichtung
zur automatischen Bestückung
eines einzelnen oder mehrerer Werkzeuge,
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5 in
Vorderansicht und in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform
eines Kettenmagazins mit der er findungsgemäßen Werkzeugbestückungseinrichtung
zur automatischen Bestückung
eines einzelnen oder mehrerer Werkzeuge,
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6 in
Vorderansicht und in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform
eines Kettenmagazins mit der erfindungsgemäßen Werkzeugbestückungseinrichtung
zur automatischen Bestückung
eines einzelnen Werkzeuges, wobei die Bestückungseinrichtung als Kettenmagazin
ausgebildet ist,
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7 in
Vorderansicht und in schematischer Darstellung eine Vorrichtung
mit der erfindungsgemäßen Werkzeugbestükkungseinrichtung
mit einer weiteren Ausführungsform
eines Kettenmagazins,
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8 in
Vorderansicht und in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform
eines Kettenmagazins mit der erfindungsgemäßen Werkzeugbestückungseinrichtung
zur automatischen Bestückung
eines einzelnen Werkzeuges, wobei der Werkzeugwechsler gleichzeitig
die Funktion einer Transporteinrichtung der Werkzeugbestückungseinrichtung übernimmt.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 1 mit einem einspindeligen Bearbeitungszentrum 34.
Es hat ein Gestell 3, auf dem ein Schlitten 4 in
Y-Richtung verfahrbar
ist. Der Schlitten 4 trägt
einen Spindelkopf 5 für ein
Werkzeug 6. Die Achse 7 einer Spindel 8 des Spindelkopfes 5 liegt
horizontal. Die Vorrichtung 1 hat ferner einen Werkstückträger 15,
auf dem ein Werkstück 9 festgespannt
wird. Der Spindel 8 des Bearbeitungszentrums 34 ist
ein Werkzeugmagazin 24 zugeordnet, das als Kettenmagazin
ausgebildet ist und in einer Vertikalebene liegt. Das Kettenmagazin 24 hat
wenigstens eine endlos umlaufende Kette 45, an der die
zur Bearbeitung des Werkstückes 9 erforderlichen
Werkzeuge 6 gelagert sind. Zum Werkzeugwechsel wird die
Spindel 8 durch Verfahren in Y- und Z-Richtung zu einem
Werkzeugwechsler 58 gefahren. Er hat einen Doppelarmgreifer 59,
der um eine in Z-Richtung liegende Achse 60 schwenkbar ist.
In 1 ist mit gestrichelten
Linien die Lage des Spindelkopfes 5 beim Wechselvorgang
angedeutet. Mit dem einen Arm des Greifers 59 wird das
in der Spindel 8 sitzende Werkzeug 6 erfaßt. Anschließend wird
der Greifer 59 um die Achse 60 um 180° geschwenkt.
Im anderen Arm des Greifers 59 befindet sich ein dem Werkzeugmagazin 24 entnommenes neues
Werkzeug, das durch diesen 180°-Schwenkvorgang
in den Bereich der Spindel 8 gebracht und dort in bekannter
Weise eingesetzt wird. Die Ausbildung und Funktion des Werkzeugwechslers 58 ist bekannt
und wird darum auch nicht näher
beschrieben. Durch diesen Werkzeugwechsler 58 werden sehr
kurze Span-zu-Span-Zeiten möglich,
weil die Zeit zur Auswahl der Werkzeuge 6 durch Verfahren der
Kette 45 des Kettenmagazins 24 in die entsprechende
Position des Werkzeugwechslers 58 in die Hauptzeit der
Vorrichtung 1 fällt.
Solange mit dem in die Spindel 8 eingesetzten Werkzeug 6 das
Werkstück 9 auf
dem Werkstückträger 15 bearbeitet
wird, wird die Kette 45 im Werkzeugmagazin 24 so
bewegt, daß sich
das einzuwechselnde Werkzeug im Griffbereich des Werkzeugwechslers 58 befindet. Wenn
daher der Werkzeugwechsel vorgenommen werden soll, befindet sich
das einzuwechselnde Werkzeug im Werkzeugmagazin 24 bereits
in seiner Wechselposition.
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In besonders vorteilhafter Weise
greift der Werkzeugwechsler 58 das Werkzeug 6 nicht
direkt aus dem Werkzeugmagazin 24, sondern aus einer Bereitstellungsposition 70.
Die Übergabe
des im Werkzeugmagazin 24 befindlichen Werkzeuges 6 in die
Bereitstellungsposition 70 ist an sich bekannt und wird
darum auch nicht näher
beschrieben.
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Zur Bestückung des Werkzeugmagazins 24 ist
eine Bestückungseinrichtung 25 vorhanden,
die so vorgesehen ist, daß sie
von außen
leicht zugänglich
ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Bestückungseinrichtung 25 an
der von der Vorrichtung 1 abgewandten Seite des Werkzeugmagazins 24 vorgesehen.
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2 zeigt
das Werkzeugmagazin 24 zusammen mit der Bestükkungseinrichtung 25.
Sie ist so ausgelegt, daß jeweils
ein Werkzeug 6 bestückt werden
kann. Beispielhaft sind sechs Werkzeuge 6 im Werkzeugmagazin 24 dargestellt,
die in Werkzeugmagazinplätzen 28 in
Adaptern 30 abgelegt sind. Längs der Kette 45 des
Werkzeugmagazins 24 sind selbstverständlich weitere Magazinplätze 28 vorgesehen.
Die Werkzeuge 6 verbleiben sowohl im Werkzeugmagazin 24 als
auch in der Bestückungseinrichtung 25 ständig im
Adapter 30. Dadurch ist ein zuverlässiger und einfacher Transport
der Werkzeuge zwischen Werkzeugmagazin 24 und Bestückungseinrichtung 25 sichergestellt.
Soll ein Werkzeug 6 aus der Bestückungseinrichtung 25 in
das Werkzeugmagazin 24 eingewechselt und ein verschlissenes
Werkzeug 6 aus dem Werkzeugmagazin 24 der Bestückungseinrichtung 25 übergeben
werden, müssen
das neue Werkzeug innerhalb der Bestückungseinrichtung 25 in
einer Bestückungsposition 37 und
das verschlissene Werkzeug 6 im Werkzeugmagazin 24 in
einer Übergabeposition 31 liegen. Durch
Betätigen
der Kette 45 wird das auszuwechselnde Werkzeug 6 in
die Übergabeposition 31 gebracht.
Das dem Werkzeugmagazin 24 zu entnehmende Werkzeug 6 mit
dem zugehörigen
Adapter 30 wird mit einer in 2 nur
schematisch dargestellten automatischen Transporteinrichtung 32 aus
der Übergabeposition 31 des
stillgesetzten Werkzeugmagazins 24 in eine Zwischenposition 33 in
der Bestückungseinrichtung 25 transportiert.
Mit einer Transporteinrichtung 35 wird das verschlissene,
in der Zwischenposition 33 befindliche Werkzeug 6 gegen
das neue Werkzeug 6 ausgetauscht, das sich in der Bestückungsposition 37 befindet.
Vorteilhaft ist die Transporteinrichtung 35 gleich oder ähnlich ausge bildet
wie der Werkzeugwechsler 58. Dies hat den Vorteil, daß gleichzeitig
durch einen 180°-Schwenkvorgang
das in der Zwischenposition 33 befindliche verschlissene
Werkzeug 6 und das in der Bestückungsposition 37 befindliche
neue Werkzeug gegeneinander ausgetauscht werden können. Wenn sich
das neue Werkzeug 6 nach diesem Wechselvorgang in der Zwischenposition 33 befindet,
wird es mit der Transporteinrichtung 32 in die freie Übergabeposition 31 des
Werkzeugmagazins 24 transportiert und dort auf dem freien
Werkzeugmagazinplatz 28 im Werkzeugmagazin 24 abgelegt.
Nach diesem Wechselvorgang steht das Werkzeugmagazin 24 für die Hauptspindel 8 der
Vorrichtung 1 für
einen eventuellen Werkzeugwechsel zur Verfügung.
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Die Transporteinrichtung 35 ist
um eine senkrecht zu der die Kette 45 des Werkzeugmagazins 24 enthaltenden
Ebene liegende Achse 46 schwenkbar. Im Bereich zwischen
der Zwischenposition 33 und der Bestückungsposition 37 in
der Bestückungseinrichtung 25 befindet
sich eine Schutztür 38,
die vorteilhaft zwangsgesteuert ist. Sie wird dann geöffnet, wenn
der beschriebene Werkzeugtausch zwischen der Bestückungsposition 37 und
der Zwischenposition 33 erfolgen soll. Ist dieser Werkzeugtausch
abgeschlossen, wird die Schutztür 38 zwanggesteuert
in die Schließstellung
verstellt. Die Schutztür 38 kann
aber auch durch eine (nicht dargestellte) Betätigungseinrichtung jeweils
manuell in die Schließ-
und in die Offenstellung verstellt werden. Durch die Schutztür 38 ist
sichergestellt, daß die
Bestückung
der Bestückungsposition 37 mit
dem neuen Werkzeug 6 bei geschlossener Schutztür problemlos vorgenommen
werden kann. Solange dieser Werkzeugtausch in der Bestückungsposition 37 erfolgt, kann
hinter der Schutztür 38 das
Werkzeug 6 aus der Zwischenposition 33 mit der
Transporteinrichtung 32 in das Werkzeugmagazin 24 eingewechselt
oder das verschlissene Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin mit der
Transporteinrichtung 32 in die Zwischenposition 33 gebracht
werden.
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An der vom Werkzeugmagazin 24 abgewandten
Seite der Bestükkungseinrichtung 25 ist eine
weitere Schutztür 39 vorgesehen.
Sie ist so gesteuert, daß eine
Bedienungsperson an die Bestückungsposition 37 nur
dann gelangen kann, wenn die Transporteinrichtung 35 stillsteht.
Dementsprechend ist die Schutztür 39 geschlossen,
wenn mit der Transporteinrichtung 35 in der beschriebenen
Weise der Werkzeugtransport innerhalb der Bestückungseinrichtung 25 erfolgt.
Die Schutztür 39 wird
ebenfalls vorteilhaft zwanggesteuert, kann aber auch manuell durch
eine entsprechende Einrichtung betätigt werden.
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Der gesamte Transportvorgang der
Werkzeuge mittels der Transporteinrichtungen 32, 35 dauert
nur wenige Sekunden, vorzugsweise weniger als 2 Sekunden. Die Bestückung des
Werkzeugmagazins 24 erfolgt hauptzeitparallel und ohne
Unterbrechung des Bearbeitungsprozesses. Dies ermöglicht ein
Zeitfenster, in dem das Werkzeugmagazin 24 keine Werkzeuge
für die
Spindel 8 bereitstellen muß. Dieses Zeitfenster wird
von einer Maschinensteuerung aus bekannten Prozeßdaten errechnet. Diese Vorgehensweise
ist bekannt und wird darum auch nicht näher erläutert. Ist das Zeitfenster
sehr klein, kann der Bestückungsvorgang
auf mehrere Zeitfenster verteilt werden. So kann beispielsweise
der Transport des Adapters 30 mit dem Werkzeug 6 aus der Übergabeposition 31 in
die Zwischenposition 33 während des einen Zeitfensters
erfolgen. Das Werkzeugmagazin 24 kann dann wieder Werkzeuge 6 für die Spindel 8 bereitstellen.
In einem weiteren Zeitfenster kann dann die Transporteinrichtung 35 das verschlissene
Werkzeug 6 mit Adapter 30 aus der Zwischenposition 33 in
die Bestückungsposition 37 transportieren
und dabei gleichzeitig das in der Bestückungsposition 37 bereitgestellte
Werkzeug 6 mit Adapter 30 in die Zwischenposition 33 bringen. Schließlich kann
in einem dritten Zeitfenster das neue Werkzeug 6 mit Adapter 30 von
der Zwischenposition 33 in die Übergabeposition 31 transportiert werden.
Eine solche Aufteilung des Bestückungsvorganges
auf meh rere Zeitfenster kann dann erforderlich werden, wenn die
Zeitfenster aufgrund extrem kurzer Hauptzeiten fortwährend kürzer sind
als die Zeiten für
einen kompletten Bestückungsvorgang.
In der Mehrzahl der Anwendungsfälle
jedoch wird die Dauer eines einzigen Zeitfensters für einen
kompletten Bestückungsvorgang
ausreichen. Die Bestückung
der Bestückungsposition 37 mit
neuen Werkzeugen 6 erfolgt normalerweise manuell durch
einen Maschinenbediener. Diese Bestückung kann aber auch automatisch
erfolgen, beispielsweise durch einen Roboter.
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Bei der Ausführungsform gemäß 3 werden die Werkzeuge 6 mit
den Adaptern 30 aus der Bestückungsposition 37 unmittelbar
in die Übergabeposition 31 und
umgekehrt transportiert. Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform
fehlt die Zwischenposition 33. Die Transporteinrichtung 32 wird von
einem Maschinenbediener zwischen der Bestückungsposition 37 und
der Übergabeposition 31 manuell
hin- und herbewegt.
Zunächst
wird durch Antrieb der Kette 45 des Werkzeugmagazins 24 das verschlissene
Werkzeug in die Übergabeposition 31 gebracht.
Sobald sich dieses Werkzeug 6 mit Adapter 30 in
der Übergabeposition 31 befindet,
liefert die Maschinensteuerung ein Signal an den Maschinenbediener.
Er kann nunmehr die Schutztür 38 öffnen und
mit der Transporteinrichtung 32 das verschlissene Werkzeug 6 mit
Adapter 30 aus der Übergabeposition 31 in
die Bestükkungsposition 37 in
der Bestückungseinrichtung 25 transportieren.
Dieser Transportvorgang benötigt
wenig Zeit und kann innerhalb eines Zeitfensters durchgeführt werden.
Sobald das verschlissene Werkzeug 6 mit Adapter 30 die
Bestückungsposition 37 erreicht
hat, wird die Schutztür 38 geschlossen.
Dann steht das Werkzeugmagazin 24 wieder zur Bereitstellung
von Werkzeugen 6 für
die Spindel 8 zur Verfügung.
Der Maschinenbediener kann nunmehr das in der Bestükkungsposition 37 befindliche
Werkzeug 6 gegen die neues Werkzeug 6 austauschen.
Mit einem Steuerbefehl teilt der Maschinenbediener der Maschinensteuerung
mit, daß in der
Bestückungsposition 37 ein neues
Werkzeug 6 zum Einwechseln in das Werkzeugmagazin 24 bereitsteht.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung sieht der Maschinenbediener
auf einem Bildschirm, wann ein Zeitfenster zum Öffnen der Schutztür 38 und
zum Betätigen
der Transporteinrichtung 32 zur Verfügung steht. Auch das Einwechseln
des neuen Werkzeuges 6 benötigt wenig Zeit.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung können mehrere
Werkzeug auf ein Mal bestückt
werden. Je nach Anforderung können
alle oder nur bestimmte Werkzeuge 6 gleichzeitig bestückt werden.
Der Vorteil liegt darin, daß die
Zeit zum Transport der Werkzeuge zwischen der Übergabeposition 31 und
der Bestückungsposition 37 unabhängig von
der Anzahl der transportierten Werkzeuge ist und daß auch beim gleichzeitigen
Bestücken
mehrerer Werkzeuge eine Unterbrechung der Bearbeitung des Werkstückes 9 in
der Vorrichtung 1 nicht erforderlich ist.
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Die Steuerbefehle von der Maschinensteuerung
an den Maschinenbediener bzw. vom Maschinenbediener an die Maschinensteuerung
können auch
von einer entsprechenden Steuerung ausgeführt werden, so daß der Be-
und Entladevorgang auch vollautomatisch durchgeführt werden kann.
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Eine solche Ausbildung zeigt 4, die im wesentlichen gleich
ausgebildet ist wie das Ausführungsbeispiel
nach 3. Der Transport
der Werkzeuge 6 zwischen der Übergabeposition 31 im
Werkzeugmagazin 24 und der Bestückungsposition 37 in der
Bestückungseinrichtung 25 erfolgt
automatisch. Aus diesem Grunde ist zusätzlich zu der Schutztür 38 an
der vom Werkzeugmagazin 24 abgewandten Seite der Bestückungseinrichtung 25 die
weitere Schutztür 39 vorgesehen.
Wie beim vorigen Ausführungsbeispiel
werden die Werkzeuge 6 mit dem Adapter 30 mit
der Transporteinrichtung 32 zwischen der Übergabeposition 31 und
der Bestückungsposition 37 transportiert.
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Die Werkzeuge 6 können einzeln
ausgetauscht werden. Es ist aber auch möglich, wie anhand der vorigen
Ausführungsform
beschrieben worden ist, gleichzeitig mehrere Werkzeuge zwischen der Übergabeposition 31 und
der Bestückungsposition 37 zu
transportieren. In diesem Falle ist selbstverständlich für jedes Werkzeug 6 eine
eigene Transporteinrichtung 32 vorgesehen. Die Schutztür 39 ist
während
des Bestückungsvorganges
geschlossen, während
die innere Schutztür 38 während des
Bestückungsvorganges
geöffnet
ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Maschinenbediener während des
Bestückungsvorganges
nicht in die Bestückungseinrichtung 25 greifen
kann.
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Bei der Ausführungsform gemäß 5 können mehrere Werkzeuge 6 gleichzeitig
zwischen der Bestückungseinrichtung 25 und
dem Werkzeugmagazin 24 transportiert werden. Hierfür ist allerdings nur
die einzige Transporteinrichtung 32 vorgesehen, mit der
die Werkzeuge 6 zwischen der Bestückungseinrichtung 25 und
dem Werkzeugmagazin 24 transportiert werden können. In
der Bestückungseinrichtung 25 befindet
sich eine weitere Transporteinrichtung 36, welche die Werkzeuge 6 mit
Adapter 30 senkrecht zur Transporteinrichtung 32 transportiert. Die
Transporteinrichtung 36 transportiert die Werkzeuge 6 in
der Ebene der Bestückungsposition 37 vertikal
nach oben in die Zwischenposition 33. In der Bestückungsposition 37 werden
die Werkzeuge 6 mit Adaptern 30 bestückt und
mit der Transporteinrichtung 36 parallel zu den Trums der
Kette 45 des Werkzeugmagazins 24 aufwärts transportiert.
Die Werkzeuge 6 werden auf diese Weise nacheinander in
die jeweilige Zwischenposition 33 transportiert, in der
sie von der Transporteinheit 32 erfaßt werden können. Mit ihr werden die Werkzeuge 6 in
die Übergabeposition 31 im
Werkzeugmagazin 24 transportiert.
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Vorteilhaft bei dieser Ausführung ist,
daß nur eine
einzige Transporteinrichtung 32 erforderlich ist, um die
Werkzeuge 6 mit Adapter aus der Zwischenposition 33 in
die Übergabeposition 31 und
umgekehrt zu transportieren. Die Transporteinrichtung 32 wird
nur in einem Zeitfenster betätigt,
so daß im übrigen das
Werkzeugmagazin 24 während
der Hauptzeit der Vorrichtung 1 zur Verfügung steht.
Zum Bestücken
der Werkzeuge 6 mit Adapter 30 in der Bestückungsposition 37 wird
die Schutztür 39 geöffnet, die
während
des Transportes der Werkzeuge zwischen den einzelnen Positionen 31, 33, 37 geschlossen
ist. Zum Einsetzen der Werkzeuge in die Bestückungseinrichtung 25 bzw.
zur Entnahme der verschlissenen Werkzeuge wird die Schutztür 39 in
die 5 mit strichpunktierten
Linien angegebene Offenstellung bewegt. Bei geschlossener Schutztür 39 kann
die Transporteinrichtung 36 auch außerhalb eines Zeitfensters
bewegt werden, um ein Werkzeug 6 in die Zwischenposition 33 zu
transportieren.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist die Bestückungseinrichtung
als Kettenmagazin 40 ausgebildet. Es hat eine endlos umlaufende
Kette 47, mit der die Werkzeuge 6 mit Adapter 30 im
Kettenmagazin 40 transportiert werden können. Die Kette 47 liegt
in einer Vertikalebene, die parallel zu der die Kette 45 des
Werkzeugmagazins 24 enthaltenden Ebene liegt. Es ist auch
möglich,
beide Ketten 45, 47 in derselben Vertikalebene
vorzusehen. Um verschlissene Werkzeuge 6 der Bestückungseinrichtung 40 zu
entnehmen sowie neue Werkzeuge 6 in die Bestückungseinrichtung 40 einzusetzen,
ist eine manuell zu bedienende Transporteinrichtung 41 vorgesehen.
Sie ist in herkömmlicher
Weise ausgebildet und wird darum auch nicht näher erläutert. Im Ausführungsbeispiel
befindet sich diese Transporteinrichtung 41 an der vom
Werkzeugmagazin 24 abgewandten Seite der Bestückungseinrichtung 40.
Die Transporteinrichtung 41 ist in Höhe der Bestückungsposition 37 des
Werkzeugmagazins 40 vorgesehen. Die Werkzeuge 6 werden
zwischen dieser Bestückungsposition 37 und
der Zwischenposition 33 der Bestückungseinrichtung 40 mittels
der Kette 47 transportiert. Die Bestückungsposition 37 und
die Zwischenposition 33 liegen in jeweils einem Trum der endlos
umlaufenden Kette 47. Die Werkzeuge 6 mit Adapter 30 werden
zwischen der Zwischenposition 33 und der Übergabeposition 31 des
Werkzeugmagazins 24 mit der automatischen Transporteinrichtung 32 transportiert.
Der Austausch der Werkzeuge zwischen dem Werkzeugmagazin 24 und
der Bestückungseinrichtung 40 erfolgt
während
eines genügend
großen
Zeitfensters während
der Hauptzeit der Vorrichtung 1. Die Bestückungseinrichtung 40 ist
kleiner als das Werkzeugmagazin 24, so daß in der
Bestückungseinrichtung 40 eine
kleinere Zahl von Werkzeugen 6 untergebracht ist als im
Werkzeugmagazin 24.
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Mit dieser Ausführungsform wird der Vorteil erreicht,
daß eine
große
Zahl von Werkzeugen 6 in kurzer Zeit ohne Unterbrechung
der Bearbeitung des in der Vorrichtung 1 befindlichen Werkstückes 9 hauptzeitparallel
ausgetauscht werden kann. Dies kann besonders vorteilhaft bei der
sogenannten chaotischen Fertigung eingesetzt werden, bei der viele unterschiedliche
Werkzeuge benötigt
werden.
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7 zeigt
die Vorrichtung 1 mit dem Werkzeugmagazin 24 und
der Bestückungseinrichtung 40 in
Form eines Kettenmagazins. Im Unterschied zur Ausführungsform
nach 6 befindet sich
die Bestükkungseinrichtung 40 nicht
neben, sondern unterhalb des Werkzeugmagazins 24. Die Vorrichtung 1 weist
beispielhaft das einspindelige Bearbeitungszentrum 34 auf.
Da die Bestückungseinrichtung 40 im Bereich
unterhalb des Werkzeugmagazins 24 angeordnet ist, kann
die Bestückungsposition 37 so
vorgesehen sein, daß der
Maschinenbediener verschlissene Werkzeuge 6 einfach der
Bestückungseinrichtung 40 entnehmen
und neue Werkzeuge 6 in die Bestückungseinrichtung 40 einsetzen
kann. Im übrigen sind
das Werkzeugmagazin 24 und die Bestückungseinrichtung 40 gleich
ausgebildet wie beim vorigen Ausführungsbeispiel. Die Werkzeuge 6 mit
Adapter 30 werden von der Bestückungsposition 37 mit
der Kette 47 zur Zwischen position 33 transportiert,
in der sie in der beschriebenen Weise zur Übergabeposition 31 transportiert
werden. Mit der Kette 45 des Werkzeugmagazins 24 werden
die Werkzeuge in den Bereich des Werkzeugwechslers 58 transportiert,
mit dem sie in die Spindel 8 des Bearbeitungszentrums 34 eingesetzt
werden können.
Die Vorrichtung 1 ist im übrigen gleich ausgebildet wie
die Ausführungsform
gemäß 1.
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8 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der der Werkzeugwechsler 58 im Bereich zwischen dem Werkzeugmagazin 24 und
der Bestükkungseinrichtung 40 angeordnet
ist. Der Werkzeugwechsler 58 hat zwei Funktionen. Mit ihm
werden die Werkzeuge 6 in der beschriebenen Weise der als
Kettenmagazin ausgebildeten Bestückungseinrichtung 40 entnommen
und zum Einsetzen in die Spindel 8 des Bearbeitungszentrums 34 der
Vorrichtung 1 in der Bereitstellungsposition 70 bereitgestellt.
Außerdem
dient der Werkzeugwechsler 58 als Transporteinrichtung,
mit welcher die Werkzeuge 6 zwischen dem Werkzeugmagazin 24 und
der Bestückungseinrichtung 40 ausgetauscht
werden können.
Zum Entfernen eines verschlissenen Werkzeuges 6 aus dem
Werkzeugmagazin 24 wird dieses aus der Übergabeposition 31 mit der
Transporteinrichtung 32 in die Zwischenposition 33 transportiert.
Gleichzeitig wird ein neues Werkzeug 6 von einer Übergabeposition 44 in
der Bestückungseinrichtung 40 in
eine Zwischenposition 43 mit einer Transporteinrichtung 42 transportiert.
Der Werkzeugwechsler 58 wechselt das verschlissene Werkzeug
und das neue Werkzeug zwischen den beiden Zwischenpositionen 33, 43,
indem der Greifer 59 um 180° um die horizontale Achse 60 geschwenkt wird.
Die Schwenkachse 60 liegt senkrecht zu der die Kette 45 des
Werkzeugmagazins 24 enthaltenden Vertikalebene. Die Transporteinrichtungen 32, 42 transportieren
anschließend
die Werkzeuge in das Werkzeugmagazin 24 sowie in die Bestückungseinrichtung 40.
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Die Transporteinrichtungen 32, 42 transportieren
die Werkzeuge 6 mit den Adaptern 30 in vertikaler
Richtung. Die Bestückungsposition 37 liegt
entsprechend der vorigen Ausführungsform
in einer für den
Maschinenbediener ergonomisch günstigen
Position, so daß er
die Werkzeuge an der Bestückungsposition 37 bequem
in die Bestükkungseinrichtung 40 einsetzen
kann. Auch kann er über
die Bestükkungsposition 37 die
verschlissenen Werkzeuge einfach entnehmen. In der Bestückungseinrichtung 40 werden
die Werkzeuge mittels der Kette 47 zwischen der Übergabeposition 44 und
der Bestückungsposition 37 transportiert.