DE1301700C2 - Werkzeugwechselvorrichtung fuer eine werkzeugmaschine, z.b. bohr- und fraeswerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs (FR-PS 12 36 668 bzw. »Maschinenbautechnik«, 1961. Seite 482, Bild 7).

Die bekannten Werkzeugwechselvorrichtungen lassen hinsichtlich ihres baulichen Aufwandes (Klappmagazin der FR-PS 12 36 668) bzw. ihres Plal/.bedarfs im Werkzcugspeicherbcreich sowie der unter gattungsbedingten Umständen gegenüber Sternmagazinen kleineren Werkzcugspcichcrungszahl (Sternmagazin nach »Maschinenbautechnik«. 1961, Seite 482, Bild 7) zu wünschen übrig.

Der Erfindung liegt von da her die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugwechselvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die weniger aufwendig ist bzw. weniger Platz im Wcrkzcugspcicherbereich erfordert und mehr Werkzeuge als das Sternmagazin unter gattungsbedingten Umständen aufnehmen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs vorgeschlagen.

Durch diese Merkmalskombination wird die Aufgabe in optimaler Weise gelöst. Es wird die relativ komplizierte und daher teure und störungsanfällige Konstruktion eines Werkzeugspeichers (Trommel) mit herausklappbarcn Werkzeughalterungen vermieden.

E:s können zwar bei einem zylindrischen Werkzeugspeicher (Trommel) (vgl. FR-PS 12 36 668) mehr Werkzeuge untergebracht werden als in einem einfachen, robusten und billigeren Stcrnr.iaga/in (vgl. »Maschinenbauiechnik«, 1961, Seite 482, Bild 7). Durch die konische Anordnung der Werkzeuge im Werkzeugspeicher (Trommel) im Falle der Erfindung isi aber neben dem auszutauschenden Werkzeug für den Veischwenkvorgang des Werkzeugwechselarms mehr Platz geschaffen, weil die beiden benachbarten Werkzeuge im Werkzeugspeicher (Trommel) aus der Drehebene des Werkzeugwechselarms herausgehoben sind. Zwar können bei der erfindungsgemäßen Werkzeugwechselvorrichtung nicht so viele Werkzeuge angeordnet werden wie in einem Klappmagazin, doch ist die gefundene Lösung in Anbetracht der oben erläuterten, im Vordergrund stehenden Forderungen optimal, da ein Werkzeugspeicher vorliegt, der so einfach ist wie ein Sternmagazin, jedoch bei kleinerem Plat/.bedarf mehr Werkzeuge aufnimmt a/s ein Sternmagazin.

Zum Stand der Technik gilt im einzelnen noch folgendes: Zur Beschleunigung des Werkzeugwcchselvorgangs ist eine Werkzeugwechselvorrichtung für Werkzeugmaschinen mit einer Arbeitsspindel vorgeschlagen worden (»Maschinenbautechnik«. 10. Jahrg. [1961], Heft 9. Seiten 479 bis 485, inibesondere Bild 7). bei der ein doppelarniiger Werk/eugwcchselarm mittig zvischen der Arbeitsspindel und dem achsparallel dazu in der Werkzeugwcchselstelle des Magazins bereitgestellten Werkzeug axial verschieben und drehbar gelagert ist. so daß die beiden auszutauschenden Werkzeuge erfaßt, axial aus den Halterungen herausgezogen, durch Verschwenken vertauscht und in Arbeitsspindel bzw. Magazinhalterung wieder eingesetzt werden können. Die Werkzeuge sind dabei in dem seitlich angebrachten revolverartig drehbaren Magazin radial hervorstehend (Sternmagazin) angeordnet. Diese Lösung ermöglicht zwar einen raschen Werkzeugaustausch, doch ist die Ausbildung des Magazins insbesondere deswegen nachteilig, weil der Werkzeugwechselarm tür den Vcrschwcnkvorgang einen gewissen Platz neben dem auszutauschenden Werkzeug im Magazin braucht. Die Werkzeuge können daher im Magazin nicht sehr dicht angeordnet werden. Außerdem nimmt das Magazin mit radial hervorstehenden Werkzeugen sehr viel Platz ein.

Um diese Nachteile auszugleichen, ist es bereits vorgeschlagen worden (»Maschinenbaulcchnik«, 10. |ahrg. [1961], Heft 9, Seiten 479 bis 485. insbesondere Bild 9; und FR-PS 12 36 668), die Werkzeuge in dem seitlich angebrachten Magazin, dessen Drehachse senkrecht zur Achse der Arbeitsspindel angeordnet ist, achsparallel zur Magazinachsc anzuordnen und an der Werkzeugbcit-'itstellungsstation in Werkzeugwechsellage zu kippen, d. h. die Halterung mit dem darin befindlichen auszutauschenden Werkzeug um 90° in die mit der Arbeitsspindel parallele Lage zu kippen. Durch diese Lösung können die Vorteile dieses Wcrkzeugwcchselsystems, nämlich die große Schnelligkeit ausgenutzt werden, ohne die oben geschilderten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Aus der »TZ für praktische Metallbearbeitung«, 56. Jahrg., 1962, Heft 2, Seilen 47 bis 53 ist zwar schon bei einer gattungstechnisch verschiedenen Wechselvorrichtung ein Werkzeugspeicher mit kegelförmiger Anordnung der Werkzeuge bei einer Werkzeugwechselvorrichtung bekanntgeworden, doch kommt es dort nicht auf die hier im Vordergrund stehenden Forderungen an. Dort ist die Spindel in eine Lccrlaufstcllung umschlagbar, in der sie aus dem Werkzeugspeicher das

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neue Werkzeug erhält, nachdem zuvor das alle Werkzeug aus ihr herausgenommen und in den Werkzeugspeicher zurückbel'ördcrt worden ist. Dann wird die Lccrlaufspindel wieder in die Spindclarbeilsaehsc zurückgeklappt. Spindel- und Werk,„eugachse sind mithin in Arbeitsstellung der Spindel nicht parallel, wie bei der Erfindung, und es findet auch keine gleichzeitige Über tragung eines neuen Werkzeugs in die Spindel und aus dieser in den Werkzeugspeicher statt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im fol- «enden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eint Vorderansicht des oberen Abschnitts einer Werkzeugmaschine mit Wcrkzeugspeicher- und -wechselvorrichtung.

F i g. 2 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht der Speichertrommel.

Die Werkzeugmaschine (Fig. I) weist ein Maschinengestell mit einem Ständer 26 auf. der eine obere ebene Fläche 27 hat. Ein Gestell 28. das eine an der Fläche 27 anliegende Fläche aufweist, ist am Ständer 26 mittels Schrauben 31 befestigt. Das Gestell 28 trägt drehbar auf seinem oberen Abschnitt in einer geneigten Ebene einen Wcrkzeugspeicher (32C Trommel 32). F i g. 1 und 2). Die Trommel 32 hat eine kegelige Uinfangsflächc 34 mil mehreren um den Umfang verteilten Bohrungen 33, die Werkzeugträger zur Aufnahme von Werkzeugen 35, 36 und 37 bilden, die wahlweise in eine Wcrkzeugwcchsclsiation 38 bewegt werden. Jede Bohrung 33 verläuft im Trommelumfang unter einem vorherbestimmten Winkel, so daß die Längsachse der Bohrung die Drehachse der Trommel 32 schneidet. Der Winkel der Bohrungen 33 gegen die Trommeldrehachsc ist so gewählt, daß die Längsachse eines Werkzeuges in der Werkzeugwechselstation parallel zur Längsachse der Arbeitsspindel verläuft.

Außer der Trommel 32 trägt das Gestell 28 auch noch eine Werkzeugwechselvorrichtung 39. Die Wechselvorrichtung 39 besteht aus einem Werikzeugwechselarm 40, der an seinen entgegengesetzten Enden halbkreisförmige Werkzeuggreifer 42 und 43 hat. Der Wechselarm 40 (Schwenkhebel) ist am Außenende einer Welle zwischen der Speichertrommel 32 und einer im Ständer 28 drehbaren Arbeitsspindel 45 für ein Werkzeug 37 angeordnet. Die Drehbewegungen des Wcrk/.eugwechselarms 40 werden wahlweise durch zwei feststehende, am Gestell 28 befestigte Anschläge 47 und 48 sowie durch einen axial beweglichen Anschlag 49 begrenzt. Durch koordinierte Bewegungen der Trommel 32, des Wechselarms 40 und des Anschlagcs 49 mit Unterstützung durch die festen Anschläge 47 und 48 werden Werkzeuge zwischen der Speichertrommel 32 und der Wcrkzeugspindcl 45 ausgewechselt.

Die Axialbewcgung des Wcchsclarmes 40 erfolgt mittels einer hydraulischen Antriebsvorrichtung.

Gleichzeitig mit der nach links gerichteten Axialbewcgung oder der nach außen gerichteten Axialbcwegung des Wechselarms 40 und der Welle wird der bewegliche Anschlag 49 axial nach außen bewegt, und /war sowohl mit der Welle und dem Wechselarm 40 als auch relativ zur Welle und dem Wechselarm 40.

Die Werkzeugspindel 45 wird von dem Ständer 26 in einem Abstand vom Wechselarm 40 drehbar in solcher Weise getragen, daß die Achse der Spindel 45 und die Achsen der einen oder der anderen Ausnehmung 42 oder 43 übereinanderfallen, wenn der Wechselarm 40 aus seiner waagerechten Ruhestellung auf seine lotrechte Eingriffstellung oder Weikzeuggreifstellung. wie in F i g. 1 dargestellt, gedreht worden ist.

Nach Beendigung des Werkzeugwechsels wird die Rohrleitung 199 mit dem Auslaß verbunden, so daß der Zylinder 198 abgeschaltet wird. Die Feder 202 dehnt sich dann wieder aus und schiebt die Antriebsstange 196 nach innen. Infolgedessen wird die Klemmhülse 194 axial nach innen gezogen, wobei die Segmente der Klemmhülse in festem Klemmeingriff mit dem nächsten, in die Klemmhülse eingesetzten Werkzeug gebracht werden.

Soll ein Werkzeug so eingestellt werden, daß es gegen ein von der Spindel getragenes Werkzeug ausgc wechselt werden kann, dann wird die Wcrk/cugspeichertrommcl 32 in einer ausgewählten Richtung von einem Flüssigkeitsmotor 215 (Fig. 2) getrieben, der auf einem auf dem Gestell 28 befestigten Getriebegehäuse 216 angeordnet ist. Zum Drehen der Trommel 32 im Uhrzeigersinne, gesehen in Fig. 1. wird Druckflüssigkeit dem Motor 215 über die Leitung 243 (Fig. 2) zugeführt, wobei die Leitung 244 gleichzeitig mit dem Ablauf verbunden wird. Zinn Drehen der Trommel 32 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne wird Druckflüssigkeit dem Motor 215 über die Leitung 244 zugeführt, wahrend die Leitung 243 mit dem Ablauf verbunden ist.

Die gewählte Schaltbewegung oder Einstellbcwegung der Trommel 32 zum Einstellen eines ausgewählten Werkzeuges in der Wechselstelle wird durch die in der F i g. 2 dargestellte Anlage geregelt, die zusätzlich zu dem Flüssigkeitsmotor 215 und der beschriebenen zugehörenden Antriebsvorrichtung noch eine Werkzeugeinstellvorrichtung aufweist. Zur wahlwcisen und genauen Einstellung jeder Bohrung oder jedes Wcrkzeughaltesockels 33 in der Wcrkzeugwechsclstation 38 sind an der Trommel 32 mehrere in Umfangsrichlung auf Abstand stehende Knaggen 251 vorhanden. |cde Knagge 251 ist an der unteren Kante der Trommel mittels zweier Schraubenbolzen befestigt. Die Knaggen 251 (Fig. 2) haben einen Abstand voneinander, vvobei jede Knagge in einer vorherbestimmten Stellung in bezug auf eine der das Werkzeug aufnehmenden Bohrungen 33 angeordnet ist. Bei der im Uhrzeigersinne erfolgenden Drehung der Trommel 32 legen sich an den Knaggen 251 vorhandene Schrägflächen 251Λ nacheinander an einen federbelastetcn Hebel 262, der an einer Konsole 263 mittels eines mit Flanschen versehenen Drchzapl'ens 264 drehbar gelagert ist. Die Konsole 263 ist an dem Getriebegehäuse 216 so befestigt, daß der Drchhcbcl 262 eine Drehbewegung relativ zu der drehbaren Trommel 32 ausführen kann. Eine Feder 265, deren eines Ende an einem an der Konsole 263 befestigten Zapfen 269 verankert ist und deren entgegengesetztes Ende an einem an dem Hebel 262 befestigten Zapfen 270 angreift, zieht den Hebel 262 im Uhrzeigersinne. Außer als Anker für die Feder 265 dient der Zapfen 269 auch als ein Zwangsanschlag für den Hebel 262 bei seiner im Uhrzeigersinne erfolgenden Drehung um den Zapfen 264.

Wit J die Trommel 32 um einen Schalischriu in Richtung des Uhrzeigers (F i g. 2) geschaltet, dann bewegt sich die Schrägfläche 25Λ Α einer Knagge 251 nacheinander am Hebel 262 und auch an den auf der Konsole 263 befestigten, die Umkehr regelnden Grenzschalter 271 vorbei. Der Grcnzschalter 271 hat von dem Hebel 262 einen solchen Abstand, daß die Knagge 251. die jetzt die Einstellbewcgung regelt, zuerst den Siillsclz-

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hebel schaltet und dann sich im Uhrzeigersinne noch weiterhin so weit bewegt, daß der Hebel 262 aiii' seine Normalslcllung zurückkehren kann, ehe der Cjienzschalter 271 geschaltet wird. Die Schaltung des die Umkehr regelnden Grenzsehalters 271 bewirkt eine abschließende, entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne erfolgende Drehung der Trommel .32. um das entsprechende Werkzeug in die Wechselstalion genau einzustellen. Die entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne erfolgende Drehung der Trommel 32 bewirkt eine Bewegung der senkrechten Einstellfläche der Knagge 251 gegen das Einstellende des Hebels 262. der elastisch in seiner Einsetz-Stillsctz-Stellung gehallen wird. Damit die Stellung der Werkzeuge in der Wechselstalion genau eingestellt werden kann, ist die senkrechte Einstcllflächc jeder Knagge 251 mit einer Klemmschraube versehen, die einen vorherbestimmten genauen Abstand der Trommclcinsicllungen. wie sie durch den drehbaren Hebel 262 bestimmt werden, ermöglicht. Bei jeder entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne erfolgenden Drehung der Trommel 32 legt sich also das eine Ende einer Klemmschraube, die einstellbar an der entsprechenden Knagge 251 angebracht ist, an das Einstellende des Schalthebels 262 an. wodurch die endgültige Einstellung eines in der Trommel 32 befindlichen Werkzeuges in der Wcchselstation 38 erfolgt.

jedes Werkzeug in der Trommel 32 setzt sich aus einem Arbeitswerkzeug und aus einem Werkzeughalter zusammen. Jeder Werkzeugträger 33 hat einen nach innen ragenden Anguß, der gleitend ein Werkzeug aufnimmt und als Träger für dieses Werkzeug ('■' i g. 2) dient.

Beim Wicderanlassen der Werkzeugmaschine zwecks Bearbeitung des zweiten Werkstücks wird die Speichertrommel wieder im Uhrzeigersinn gedreht, um das mit der Kodierung versehene erste Werkzeug wieder in die Wcchselstation einzusetzen.

Während dieser Anlaßperiode wird der Umkehrrcgelsehaltcr 271 ausgeschaltet und hat keinen Einfluß auf die weiter fortgesetzte, im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung der Trommel 32. Obwohl die Schrägflächen der Knaggen, die den zwischen dem vierten Werkzeug und dem ersten Werkzeug vorhandenen leeren Sockeln zugeordnet sind, nacheinander den Hebel 262 schalten und den jetzt ausgeschalteten Umkchrrcgelsehaltcr 271 betätigen, dreht sich die Trommel 32 weiter fortgesetzt im Uhrzeigersinn, bis das mit der Kodierung versehene erste Werkzeug in die Nähe der Wechsclstation gelangt. Sobald sich das erste Werkzeug wieder der Werkzcugwechsclsiation 38 nähert, betätigt die dem Werkzeug zugeordnete Kodiervorrichtung einen zugehörigen Schalter, der den Umkchrregclschalter 271 und die damit verbundene Einstcllregclanlagc wieder einschaltet.

Nach Beginn eines Bearbeitungszyklus wird die im Uhrzeigersinn erfolgende Schaltbcwcgung und die entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn erfolgende Einstellbewcgung in der Zeit ausgeführt, in der ein von der Spindel getragenes Werkzeug einen Bearbeitungszyklus ausführt. Infolgedessen ist bei der Beendigung eines Bearbeitungsvorganges, der durch ein in der Spindel befindliches Werkzeug ausgeführt worden ist. das nächste erforderliche Werkzeug bereits zur Werkzeugwechselstation 38 als Vorbereitung für den niichsien Werkzeugwechsel vorgeschoben worden.

Bei der Drehung des Wcehselarmcs 40 aus seiner waagerechten Ruhestellung auf seine lotrechte Stellung zum Erfassen des Werkzeuges, wie in F i g. 1 dargestellt, werden zwei in Axialrichlung l'ederbclastcte. den

ίο Ausnehmungen 43 und 42 zugeordnete Werkzcugriegel entriegelt, und zwar ehe die Ausnehmungen irgendein von der Spinde! getragenes Werkzeug und ein von dem in der Wcrkzeugweehsclslation gelegenen Werkzeughalter getragenes Werkzeug erfassen, so daß infolgedessen der Wechselarm 40 die Werkzeuge sicher aufnimmt.

Es sei nun angenommen, daß der Wcchselarm 40 au! seine lotrechte Stellung gedreht worden is!, in der der Wechselarm 40 am festen Anschlag 48 (F i g. 1) anliegt

und die in den Ausnehmungen 42 und 43 befindlichen Werkzeuge 35 bzw. 37 elastisch erfaßt. Zur Sicherung eines einwandfrei elastischen Erfassens des Werkzeuges und zur Ermöglichung einer in kleinen Stufen erfolgenden Winkeleinstellung des Wcehselarmcs 40 in bczug auf den festen Anschlag 48 sind in jedem Ende des Wcehselarmcs 40 Einstellschrauben angeordnet. Durch Drehen der Schrauben können solche Einstellungen gemacht werden, daß die Drehbewegung des Wechselarmes 40 /um einwandfreien Erfassen der Werkzeuge genau bestimmt wird.

Nach Beendigung der in Axialrichtung erfolgenden Auswärtsbewegung wird der Schaltarm 40 im Uhrzeigersinn, gesehen in F i g. 1, um 180 gedreht, um die Werkzeuge vor dem Zurückziehen des Wcehselarmcs bei welchem die ausgetauschten Werkzeuge in die Spindel bzw. in den Werkzeugträger eingesetzt werden, neu einzustellen. Bei Beginn der Drehung de< Wechselarmes 40 ist der Flansch des beweglichen Anschlages 49 immer noch dynamisch an die Innenfläche des Wechsclarmes 40 angedrückt.

Nachdem die Drehung des Wechselarmcs 40 uir 180 beendet worden ist und die Werkzeuge zum Aus tausch eingestellt worden sind, werden der Wcchselarrr 40 und auch die Wclic zurückgezogen.

Nach Beendigung der 180 -Drehung des Wechselarmes 40 befindet sich das Werkzeug 35. das sich vor her im Werkzeughalter 33 befand, in einer solchen Stcl lung, daß es in die Spindel 45 eingesetzt werden kann und das Werkzeug 37. das sich vorher in der Spindel 4i

befand, nimmt cine Stelli"-^ ein. in der es in den Werk zeughalter 33 eingeschoben werden kann.

Nachdem der Wechselarm 40 entgegengesetzt dcrr Uhrzeigersinn um 90" auf seine Ruhestellung gedrch worden ist. wird die Trommel 32 wieder im Uhrzeiger

sinn gedreht oder geschaltet, um das Werkzeug 37 au; der Werkzeugwechselstation herauszudrehen und da· nächste Werkzeug des Zyklus, nämlich das Werkzeug 36 (F i g. 1). in die Werkzcugwechsclstation vorzuschic bcn.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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Patentanspruch:

Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, z. B. Bohr- und Fräswerk, mit cin^r Bearbeitungsstiition mit einer im Maschinenstander angeordneten Arbeitsspindel, in die zur Durchführung verschiedener Bearbeitungsvorgänge in beliebiger Reihenfolge verschiedene Werkzeuge einsetzbar sind, und mit einem an seinem Umfang mit Haitern zur Aufnahme verschiedener Werkzeuge versehenen Werkzeugspeicher zum Versorgen der Arbeitsspindel in dem jeweils benötigten Werkzeug, und mit einer Werkzeugwechselvorrichtung in Form eines zweiarmigen Schwenkhebels, mit dem durch Dreh- und Axialbewegung gleichzeitig je ein Werkzeug aus der Arbeitsspindel und einer Halte-₁. rung des Werkzeugspeichers herausziehbar, zwischen Halterung und Arbeitsspindel umwcchselbar und in Arbeitsspindel und Halterung wieder einsetz- ϊο bar ist. wobei der Werkzeugspeichcr nach Art eines Revolvermagazins um seine Achse drehbar ist. mil Anordnung der Werkzeugspeicherachse und den Halterungen für die Werkzeuge am Umfang des Werkzeugspeichers so, daß das Werkzeug in der *5 Werkzeugwechselposition des Werkzeugspeichers achsparallel zur Arbeitsspindel und etwa in einer die Drehachse des Schwenkhebels miienthaltenden. gemeinsamen Ebene mit dem in der Arbeitsspindel sitzenden Werkzeug liegt, dadurch g e k e η η - 3" zeichnet, daß der Werkzeugspeicher (32) ein an sich bekannter Kegelspeicher mit Anordnung der Werkzeuge bzw. Halterungen (33) auf dem Mantel eines zur Speicherdrehachse konzentrischen Kegels ist, die Achsen des Werkzeugspeichers (32) und der Arbeitsspindel (45) also in einem Winkel < 90° entsprechend gegeneinander geneigt sind.