DD238756A1 - Geraete- und werkzeugwechselsystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Geraete- und Werkzeugwechselsystem mit Verschiebebahnhof fuer Schwerstbearbeitungsmaschinen, insbesondere von Portal-, Bohr- und Fraeswerken. Bekannt sind Geraete- und Werkzeugwechselsysteme mit schienengefuehrten Rollwagen oder mit einer Verschiebebuehne und Rollpaletten. Bekannt sind auch verfahrbare Werkzeugmagazine in Verbindung mit portalgefuehrten Handhabungsgeraeten sowie die Geraeteuebernahme durch die Spindeleinheit neben der Maschineneinheit. Die Erfindung hat das Ziel, ein Geraete- und Werkzeugwechselsystem zu entwickeln, das neben einem einfachen Aufbau unabhaengig von der Werkzeugmaschine stationierbar ist und sich fuer eine Nachruestung bei Maschinen der genannten Art eignet. Dazu wird ein System vorgeschlagen, das eine schienengebundene Geraetetraegertransporteinheit mit hoehenverstellbaren Geraetetraegerrollpaletten sowie eine schienengefuehrte Werkzeugzufuehrungseinheit mit Manipulator umfasst, wobei fuer die Geraetetraegerrollpaletten sowie fuer die Werkzeuge separate Magazinplaetze vorgesehen sind. Dieses System eignet sich besonders zur Nachruestung bei Werkzeugmaschinen, ohne dass eine Umruestung derselben notwendig ist. Als Anwendungsbereich ist der Werkzeugmaschinenbau sowie der allgemeine Maschinenbau zu nennen.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Ausführung eines Geräte- und Werkzeugwechselsystems für Schwerstbearbeitungsmaschinen, insbesondere von schweren Portalwerkzeugmaschinen wie Fräs- und Bohrwerke.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Bei Schwerstbearbeitungsmaschinen, insbesondere bei Portalwerkzeugmaschinen wie Fräs- und Bohrwerke, ist der Einsatz von großvolumigen und schweren Werkzeugträgern wie auch Werkzeugen unumgänglich. Das trifft insbesondere auf den Einsatz von Winkelfräsgeräten und deren Verlängerungen zu. Dieser Geräte-und Werkzeugpark kann mit den herkömmlichen bekannten Werkzeugwechselsystemen wie Karussell- oder Hängebahnmagazin mit separaten oder maschinenabgestützten Werkzeugzubringereinrichtungen nicht realisiert werden. In der Praxis haben sich deshalb Geräte- und Werkzeugwechselsysteme nach dem Bahnhofsprinzip durchgesetzt. Diese Systeme bestehen entweder aus einzelnen schienengeführten Geräte- und Werkzeugtransportwagen ohne gesonderte Magazine oder aber aus parallel zur Maschine angeordneten Verschiebebühnen mit zugeordneten einzelnen Bahnhofsplätzen und dem Einsatz von Rollpaletten für die Aufnahme der Werkzeugträger. Mittels dieser Systeme erfolgt dann die Zuführung der Geräte und Werkzeuge zu einem neben der Maschine vorgesehenen Übergabeplatz, wo dann die Übernahme der Werkzeugträger und Werkzeuge mittels der Arbeitsspindel maschinenabgestützt erfolgt.

Bei selbstverfahrbaren Portalen ist dieser Werkzeugübergabeplatz auf einer mit dem Portal fest verbundenen Bühne angeordnet.

Bei dem eingangs beschriebenen Werkzeugwechselsystem ist es notwendig, daß für jedes Gerät und Werkzeug ein gesonderter Transportwagen verfügbar ist. Bei dem zweiten System erfordert die Kopplung zwischen dem Verschiebebahnhof und der Maschine einen hohen maschinenbaulichen Aufwand sowie die Zuordnung einer Vielzahl von Abstellplätzen. Damit sind diese Systeme sehr bauaufwendig und platzbindend.

Beschrieben wurde auch schon eine Fertigungszelle in Portalausführung für Großteilbearbeitung. Bei diesem System erfolgt der Werkstück-, Werkzeug- und Werkzeuggerätewechsel mit Hilfe separater Wechselsysteme. So erfolgt u.a. der Werkstückwechsel mittels Paletten unter Zuhilfenahme schienengeführter Doppelpalettenwagen, die von einer Ausrüststation zum Maschinentisch geführt werden. Für die Einzelwerkzeuge ist ein einstöckiges parallel zur Maschine verfahrbares Magazin vorgesehen. Die Beschickung der Maschine aus diesem Magazin erfolgt mittels eines Handhabungsgerätes in Portalausführung unter Verwendung eines Doppelgreifers, der sich um 90° schwenken läßt. Die Fräs- und Bohrgeräte werden in einem ebenfalls parallel zur Maschine angeordneten Doppelpalettenwagen gelagert. Die Übernahme dieser Fräs- und Bohrgeräte erfolgt durch den direkten Spindelzugriff, wozu maschinenseitig die Spindelführung bis über die Magazine verlängert wurde. Obwohl dieses Wechselsystem eine große Variabilität besitzt, eignet es sich jedoch nur für kleine bis mittlere Werkzeuge. Durch die komplizierte Mobilität der Zubringungseinrichtungen und ihre notwendige Anordnung im Maschinenbereich ist dieses System sehr aufwendig und nur bei einer Großserienfertigung wirtschaftlich einsetzbar.

-2- 4.ÖV /OO

Vorgeschlagen wurde auch schon ein Etagenwerkzeugmagazin mit direktem horizontalem Spindelzugriff. Dieses System erfordert maschinenseitig einen zusätzlichen Aufwand für die Zustellung der Arbeitsspindel.

Des weiteren muß es für Großmaschinen mit den bereits o. g. Werkzeugträgern und Werkzeugen als ungeeignet angesehen werden, da kaum die erforderlichen bautechnischen Voraussetzungen für die räumliche wie auch lastabhängige Unterbringung und maschinenseitige Übernahme gegeben sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Geräte- und Werkzeugwechselsystem für schwere Werkzeugmaschinen, insbesondere für Portalbohr- und Fräswerke zu entwickeln, das unabhängig von der Maschine stationiert werden kann, und sich somit für eine Nachrüstung an vorhandenen Werkzeugmaschinen der genannten Art eignet. Auch soll dieses System eine kranunabhängige Geräte- und Werkzeugübergabe im Arbeitsbereich der Arbeitsspindel ermöglichen und über eine ausreichende Variabilität bezüglich der Aufnahme unterschiedlich großer und schwerer Geräte und Werkzeuge verfügen. Auch sollen die Voraussetzungen gegeben sein, daß der Geräte- und Werkzeugwechsel entsprechend dem technologischen Ablauf und im technologisch vorbereiteten Zustand vorgenommen werden kann.

Wesen der erfindungsgemäßen Lösung

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, für schwere und großräumige Geräte und Werkzeuge für schwere Werkzeugmaschinen, insbesondere für Portalbohr- und Fräswerke ein bahnhoforientiertes Geräte- und Werkzeugwechselsystem zu entwickeln, das unabhängig von der Maschine stationiert werden kann, und keine maschinenabgestützte Geräte- und Werkzeugzuführung erforderlich macht. Das bahnhoforientierte Geräte- und Werkzeugwechselsystem soll über ein integriertes selbstfahrendes Transport- und Übergabesystem sowie über Möglichkeiten des horizontalen Wendens schwerer Geräte verfügen und so ausgeführt sein, daß unterschiedlich lange und/oder unterschiedlich zu montierende Werkzeugträger von diesem System aufgenommen werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß bei Anwendung des bekannten Prinzips eines Verschiebebahnhofs für den Geräte- und Werkzeugwechsel und der Zuordnung eines separaten Geräte- und Werkzeugübergabeplatzes neben der Werkzeugmaschine dem Gesamtsystem für die Geräte und Werkzeuge separate standortunabhängige feststehende Magazine vorgesehen sind und daß als Transporteinheit zwischen den Magazinen und dem Werkzeugübergabeplatz mindestens eine kippgesicherte schienengeführte selbstfahrende Gerätetransporteinheit für die Aufnahme von Geräterollpaletten sowie eine ebenfalls kippgesicherte gleisgeführte und selbstfahrende Werkzeugzuführungseinheit mit Selbstlader vorgesehen ist. Die Gerätetransporteinheit ist so ausgeführt, daß sie quer zu ihrer Fahrtrichtung ein schienengebundenes Aufnahmesystem mit Kippsicherung für die Aufnahme von Geräterollpaletten trägt. Die Kippsicherung besteht vorzugsweise aus U-Führungsschienen mit einer Arretiereinrichtung sowie der Anordnung vertikal orientierter Federpuffer im Standortbereich der Laufwerke der Geräterollpaletten und einem zentral angeordneten Hydraulikanschluß mit Hydraulikaggregat für eine in den Geräterollpaletten integrierte Hubeinrichtung.

Die Geräterollpaletten bestehen ihrerseits aus einem viergliedrigen Ständer, die mit einer Hubeinrichtung ausgestattet sind, wobei zur Lastsicherung eine zusätzliche mechanische Lastsicherung pro Ständer vorgesehen ist. Diese Hubeinrichtung ermöglicht die Anpassung der Anschlußhöhe der Geräte und Werkzeuge an die Übernahmehöhe der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine.

Die Geräterollpalette ist mit einem Kugelrollenlaufwerk ausgestattet, so daß außerhalb der Kippsicherung und Schienenführung eine allseitige Verfahrbarkeit der Geräterollpalette gegeben ist. Die seitliche Führung der Geräterollpaletten erfolgt in bekannter Weise durch achsorientierte Laufrollen.

Die Werkzeugzuführungseinheit mit Selbstlader ist so ausgeführt, daß sie über wenigstens zwei separate Werkzeugablagen mit Halterung für das jeweils technologisch bedingte Werkzeug trägt. Als Selbstlader wird ein Manipulator eingesetzt, dessen Körperdrehachse sowie das Zentrum seines Arbeitsraumes über dem Schwerpunkt der Werkzeugzuführungseinheit liegt. Dazu verfügt der Manipulator über einen Kurbelarmträger, der in der Werkzeugzuführungseinheit senkrecht über dem Schwerpunkt des Fahrzeuges um 360° drehbar gelagert ist. Auf diesen Kurbelarmträger stützt sich auf dem zweiten Kurbelzapfen ein vertikal schwenkbarer um diesen Kurbelzapfen ebenfalls um 360°drehbarer Auslegearm mit Greifer ab. Der Auslegearm mit Greifer ist dabei so ausgeführt, daß das Arbeitzentrum des Greifers die Schwerpunktachse der Werkzeugzuführungseinheit schneidet. Mit dieser Anordnung wird eine hohe Standsicherheit des Fahrzeuges sowie die Möglichkeit einer allseitigen Bedienung oberhalb der Schwerpunktachse im Bereich der Werkzeugübergabe erreicht.

Die zum Geräte- und Werkzeugwechselsystem dazugehörigen Magazine sind entsprechend ihrer Funktion gegliedert. Für Einzelwerkzeuge steht ein Magazin mit mehreren Werkzeugablagen zur Verfügung, das im Zugriffsbereich der Selbstladeeinrichtung der Werkzeugzuführungseinheit angeordnet ist. Das Geräteträgermagazin ist speziell für die Aufnahme der Geräteträgerpaletten ausgebildet, indem die einzelnen Magazinplätze mit Schienenführung und Kippsicherung ausgestattet sind. Zur Ermöglichung einer Umrüstung bzw. des Wendens der Rollpaletten in horizontaler Lage ist diesem Magazin auf der übergabeabgekehrten Seite eine Patettenwende- und Umrüstfläcrre^zugeordnet.DamttTstes möglich, die^chweren großvolumigen Geräte entsprechend dem technologischen Ablauf vorzubereiten und in der funktionsbedingten Lagein dem Magazin abzustellen.

Der Vorteil des vorgeschlagenen Geräte-und Werkzeugwechselsystems besteht vor allem darin, mit diesem System große und schwere Geräte und Werkzeuge sicher und in großer Variabilität der Werkzeugmaschine zugeführt werden können. Darüber hinaus kann dieses vorgeschlagene System auch an bereits vorhandene Maschinen nachgerüstet werden, wobei von Vorteil ist, daß die Magazinplätze unabhängig vom Standort der Maschine angeordnet werden können. Damit ist es möglich, eine optimale Ramausnutzung zu erreichen.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll an einem Demonstrationsbeispiel das vorgeschlagene Geräte- und Werkzeugwechselsystem nochmals in seinen wichtigsten Positionen beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1: ein Portalfräswerk mit gleisgebundenem Geräte- und Werkzeugwechselsystem einschließlich der erforderlichen Transporteinheiten,

Fig.2: eine Geräteträgerrollpalette in eingefahrener und ausgefahrener Position, Fig.3: eine Geräteträgertransporteinheit mit aufgesetzter Geräterollpalette.

Die in Fig. 1 gefertigte Fertigungszelle besteht aus einem Portalfräswerk 1 und einem Geräte- und Werkzeugwechselsystem nach dem Bahnhofsprinzip mit separat angeordnetem Geräteträgermagazin 7 und Werkzeugmagazin 8. Die Verbindung zwischen Werkzeugmaschine und den genannten Magazinplätzen erfolgt durch das Schienensystem 4, welches bei dem vorliegenden Beispiel über eine Dreheinrichtung 5 bis zum Geräte- und Werkzeugübergabeplatz 6 reicht. Dieser Werkzeugübergabeplatz befindet sich unmittelbar neben dem Maschinentisch und Ständer des Portalfräswerkes 1 und liegt unmittelbar im Arbeitsbereich des Supportes 3, der auf dem Querbalken 2 gelagert ist.

Das Werkzeugmagazin 8 verfügt über mehrere Werkzeugablagen mit Halteeinrichtung für die Aufnahme der Werkzeuge 18. Für die Werkzeugzuführung und -übergabe ist auf dem Schienensystem eine selbstfahrende Werkzeugzuführungseinheit 9 mit Manipulator 10 angeordnet. Der Manipulator 10 verfügt über einen Kurbelarmträger 10.1, auf dem ein vertikal schwenkbarer Auslegerarm 10.2 gelagert ist. Sowohl der Kurbelarmträger 10.1 wie auch der Auslegerarm 10.2 sind getrennt um 360° schwenkbar gelagert. Daraus ergibt sich ein geschlossener Arbeitsraum, dessen Zentrum über der Schwerpunktachse der Werkzeugzuführungseinheit 9 liegt. Damit ist der Manipulator 10 in der Lage, mit seinem Greifer alle Werkzeuge 18 aus dem Werkezugmagazin 8 aufzunehmen, sie auf der Werkzeugablage 11 der Werkzeugzuführungseinheit 9 zwischenzulagern und sie zum Werkzeugübergabeplatz 6 zu transportieren. Hier kann dann das Werkzeug 18 mittels des Manipulators 10 in jeder beliebigen Lage an die Arbeitsspindel oder an den Geräteträger 15 übergeben und angespannt werden. Das nicht mehr benötigte Werkzeug wird in umgekehrter Weise von der Maschine abgenommen und zum Werkzeugmagazin 8 zurücktransportiert. Hier erfolgt dann die Wartung oder Umrüstung des Werkzeuges 18 entsprechend seinem Verschleißzustand oder dem weiteren technologischen Ablauf. Für die Werkzeuggeräteträger ist das Geräteträgermagazin 7 vorgesehen. Die Lagerung der einzelnen Werkzeuggeräteträger 15 erfolgt in einer Geräteträgerrollpalette 13 mit Hubeinrichtung 14. Die Geräteträgerrollpaletten 13 werden in ihren Magazinplätzen durch U-förmige Kippsicherungen zwangsgeführt und durch eine Arretierungseinrichtung 17.1 gegen unfreiwillige Verlagerung gesichert. Die Bestückung der Geräteträgerrollpalletten 13 mit den technologisch erforderlichen Werkzeugträgern 15 und/oder deren Verlängerungen erfolgtauf Palettenwende-und Umrüstplatz 7.1, der alle Magazinplätze miteinander verbindet. Der Transport der Geräteträgerrollpalette 13 erfolgt mittels der Geräteträgertransporteinheit 12. Auch diese Geräteträgertransporteinheit ist mit einer Schienenaufnahme mit Kippsicherung in der beschriebenen Art ausgestattet. Hinzu kommt noch, daß diese Geräteträgertransporteinheit 12 mit einem Hydraulikaggregat 20 ausgestattet ist und über einen zentralen Hydraulikanschluß für die Hubeinrichtung 14 der Geräteträgerpalette 13 verfügt. Wie die Abbildung nach Fig.3 weiterhin zeigt, ist die Geräteträgertransporteinheit 12 im Bereich des Kugellaufwerkes 16 der Geräteträgerpalette 13 mit Federpuffer 19 ausgestattet. Diese haben die Aufgabe, bei der Geräteübergabe an die Werkzeugmaschine mögliche Auffahrstöße abzufangen. Durch die Ausstattung der Geräteträgerpalette 13 mit einer Hubeinrichtung 14 sowie einer zusätzlichen mechanischen Lastsicherung 14.1 ist es möglich, unterschiedlich große Geräteträger in ein und derselben Palette zu transportieren bzw. die Anschlußhöhen für die Geräte an die Werkzeugmaschine zu variieren. Die Übergabe der Werkzeuggeräteträger kann bei diesem System entweder nach konventioneller Art mittels Hammerkopfschrauben oder auch bei modernen Maschinen über maschinenabgestützte Spannsysteme vorgenommen werden. Darüber hinaus bietet das beschriebene Geräte- und Werkzeugwechselsystem den Vorteil, daß unterschiedlich große und schwere Werkzeugträger sowie deren Werkzeuge sicher und in großer Variabilität der Maschine übergeben werden können. Damit ist es möglich, auch vorhandene Maschinensysteme, insbesondere Schwerstbearbeitungsmaschinen wie Portalfräs- und Bohrwerke zu einer hochmechanisierten Fertigungszelle umzustrukturieren. Neben diesen Vorteilen ist es möglich, die Magazinplätze so anzuordnen, daß sie keine besonderen Produktionsflächen binden, d.h., daß sie auch außerhalb hallenkranbedienter Bereiche ohne Einschränkung der Arbeitssicherheit angeordnet werden können. Für die Zuführung der Geräte und Werkzeuge und ihre Übergabe können auch automatisierte Steuersysteme eingesetzt werden.

Claims (7)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Geräte-und Werkzeugwechselsystem für Werkzeugmaschinen, insbesondere von Schwerstbearbeitungsmaschinen wie Portalbohr- und Fräswerken unter Anwendung eines gleisgebundenen Verschiebebahnhofs mit einem im Arbeitsbereich der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine liegenden Geräte- und Werkzeugübergabeplatz, gekennzeichnet dadurch, daß dem Verschiebebahnhof mindestens eine kippgesicherte selbstfahrende Geräteträgertransporteinheit (12) und eine gleichartige Werkzeugzuführungseinheit (9) und ein Werkzeugmagazin (8) und Geräteträgermagazin (7) zugeordnet ist, wobei auf der rückwärtigen Seite des Geräteträgermagazins (7) ein Palettenwende- und -umrüstplatz (7.1.) vorgesehen ist, der mindestens zwei Magazinplätze überdeckt und daß für den Gerätewechsel höhenverstellbare Geräteträgerrollpaletten (13) vorgesehen sind.
2. 2. Geräte- und Werkzeugwechselsystem nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Werkzeugzuführungseinheit (9) einen Selbstlader in Form eines Manipulators (10) trägt; dessen Körperdrehachse gemeinsam mit dem Zentrum seines Greifer-Arbeitsraumes über der Schwerpunktachse der Werkzeugzuführungseinheit (9) liegt, und daß dementsprechend sich der Auslegerarm (10.2.) vertikal schwenk- sowie horizontal drehbar auf einem Kurbelarmträger (10.1.) abstützt und daß der Kurbelarmträger (10.1.) senkrecht in der Werkzeugzuführungseinheit (9) gelagert ist.
3. 3. Geräte- und Werkzeugwechselsystem nach Pkt. 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Werkzeugzuführungseinheit (9) neben dem Manipulator (10) wenigstens überzwei Werkzeugablagen (11) mit Halterung verfügt.
4. 4. Geräte-und Werkzeugwechselsystem nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Geräteträgertransporteinheit (12) ein schienengebundenes Aufnahmesystem für Geräteträgerrollpaletten (13) aufweist und daß zu diesem System eine U-förmige Kippsicherung (17) mit Arretierungseinrichtung (17.1.) gehört und daß weiterhin diese Geräteträgertransporteinheit (12) ein Hydraulikaggregat (20) sowie einen zentral angeordneten Hydraulikanschluß (21) vorsieht und daß im Standbereich der Geräteträgerrollpalette (13) vertikal orientierte Federpuffer (19) vorgesehen sind.
5. 5. Geräte- und Werkzeugswechselsystem nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Geräteträgerrollpalette (13) zur Angleichung der Geräteanschlußflächen bzw. zur Aufnahme unterschiedlich hoher Werkzeugträger (15) und/oder deren Verlängerungen mit einer Hubeinrichtung (14) und einer zusätzlichen mechanischen Lastsicherung (14.1.) ausgestattet ist.
6. 6. Geräte-und Werkzeugwechselsystem nach Pkt. 1 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Geräteträgerrollpalette (13) mit einem Kugelrollenlaufwerk (16) ausgerüstet ist.
7. 7. Geräte- und Werkzeugwechselsystem gem. Pkt. 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräteträgerrollpalette (13) seitlich angeordnete Führungsrollen aufweist.