CH665156A5 - Werkzeugmaschine mit automatischem wechsel der werkzeuge und der werkzeugmagazine. - Google Patents

Werkzeugmaschine mit automatischem wechsel der werkzeuge und der werkzeugmagazine. Download PDF

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CH665156A5
CH665156A5 CH5251/84A CH525184A CH665156A5 CH 665156 A5 CH665156 A5 CH 665156A5 CH 5251/84 A CH5251/84 A CH 5251/84A CH 525184 A CH525184 A CH 525184A CH 665156 A5 CH665156 A5 CH 665156A5
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Stoilov Nikola Dipl-Ing Dimov
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Inst Za Metalloobrabotvashti M
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Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit automatischem Wechsel der Werkzeuge und der Werkzeugmagazine, die ein unbewegliches Bett sowie eine Spindel aufweist, wobei auf dem Bett ein in dessen Längsrichtung beweglicher Kreuzschlitten und auf dem letzteren eine quer zum Bett verschiebbare Säule aufgestellt sind, während hinter dem Bett ein Lager für Werkzeugmagazine, jedes von denen mit Sitzen zur Aufnahme von Werkzeugen versehen, befestigt ist.
Es ist eine Werkzeugmaschine mit automatischem Wechsel der Werkzeuge und der Werkzeugmagazine bekannt, die ein unbewegliches Bett sowie eine Spindel aufweist. Auf dem Bett sind ein längsbeweglicher Kreuzschlitten und eine querbewegliche Säule aufgestellt. Hinter dem unbeweglichen Bett ist ein Lager für Werkzeugmagazine angebracht. Jedes Werkzeugmagazin ist mit Längsachsen aufweisenden Sitzen versehen. Zur Werkzeugmaschine ist ein Au-tooperator zum Wechsel der Werkzeuge vorgesehen.
In der bekannten Werkzeugmaschine haben die Werkzeugmagazine eine runde Form, und die Werkzeuge sind perpendikular zu ihrer Ebene und gleichzeitig auch perpendikular zur Spindel der Maschine angeordnet. Eines der Werkzeugmagazine ist an der Säule der Maschine befestigt, während sich die anderen in Zellen im Werkzeugmagazinlager, das hinter der Maschine liegt, befinden. Die Entfernung zwischen zwei benachbarten Werkzeugmagazinen im Werkzeugmagazinlager umfasst die maximal zugelassene Länge der Werkzeuge und einen freien Raum zum Herausholen der Rückteile der Werkzeuge aus den Sitzen im Werkzeugmagazin.
Der grosse Abstand zwischen den Zellen im Werkzeugmagazinlager ist einer der wesentlichen Nachteile der bekannten Maschine aus folgenden Gründen:
— grosse Länge des Werkzeugmagazinlagers;
— grosser Lauf des Schlittens unter der Säule, um jedes Werkzeugmagazin im Lager erreichen zu können;
— Verteuerung der Maschine wegen der Notwendigkeit eines langen Werkzeugmagazinlagers, eines grossen Bettes und einer grossen besetzten Fläche.
Der zweite wesentliche Nachteil besteht darin, dass die Rollen, durch welche sich jedes Werkzeugmagazin von der Maschine nach dem Werkzeugmagazinlager oder umgekehrt bewegt, sich auf der einen Seite des Werkzeugmagazinlagers befinden. Die gravimetrische Kraft des Werkzeugmagazins und der Werkzeuge ist konsolenartig in bezug auf die Rollen. Als Ergebnis, die Führungselemente werden nicht nur mit der gravimetrischen Kraft, sondern auch mit einem grossen Torsionsmoment belastet. Das verlangt die Benutzung von starken Führungsbalken sowie auch von grossen führenden Rollen für jedes Magazin.
Der dritte wesentliche Nachteil ist die Komplizierung des Auto-operators zum Wechseln der Werkzeuge, da es erforderlich wird,
eine zusätzliche Operation auszuführen, nämlich eine Drehung um 90° eines jeden Werkzeugs nach seinem Herausnehmen aus dem Werkzeugmagazin, so dass die Achse des Werkzeuges parallel zu der Achse der Spindel wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine mit automatischem Wechsel der Werkzeuge und der Werkzeugmagazine zu schaffen, die über ein kompaktes Werkzeugmagazinlager verfügt und eine stabile Führung der Werkzeugmagazine während ihrer Verschiebung vom Werkzeugmagazinlager zum Schlitten der Werkzeugmaschine und zurück aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Längsachsen der Sitze eines jeden Werkzeugmagazins in einer Ebene, die parallel zur Spindel verläuft, liegen, wobei eines der Werkzeugmagazine lösbar über eine Empfangsstation mit dem Kreuzschlitten verbunden ist, während die anderen Werkzeugmagazine in entsprechenden Zellen eines Werkzeugmagazinlagers fixiert sind, und dass jedes der Werkzeugmagazine mit einem Antriebselement zum Antrieb der Verschiebung der Sitze versehen ist, wobei dieses Antriebselement bei Einführung eines Werkzeugmagazins in die Empfangsstation mit einem in der letzteren angeordneten Antriebsmotor lösbar verbindbar ist.
Zweckmässige Weiterausgestaltungen der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Werkzeugmagazinlager sehr kompakt ist und eine stabile Führung aufweist, so dass die funktionellen Möglichkeiten der Werkzeugmaschine wesentlich erweitert werden.
Eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine Stirnansicht der Werkzeugmaschine (ohne den Arbeitstisch der Maschine);
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Figur 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Maschine;
Figure 3 einen Grundriss der in Fig. 1 dargestellten Maschine;
Figur 4 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2;
Figur 5 in vergrössertem Massstab den Ausschnitt B aus Fig. 2;
Figur 6 einen Schnitt längs der Linie C-C in Fig. 5 ;
Figur 7 einen Schnitt längs der Linie D-D in Fig. 5;
Figur 8 einen Grundriss bei der Rückkehr des ersten Werkzeugmagazins in das Lager, und
Figur 9 eine Seitenansicht der Maschine mit dem Werkzeugmagazin in der in Fig. 8 dargestellten Lage.
Die Werkzeugmaschine besteht aus einem unbeweglichen Bett 1, auf dem ein längsbeweglicher (Achse X) Kreuzschlitten 2 sowie eine querverschiebbare (Achse Z) Säule 3 angeordnet sind. An der querverschiebbaren Säule 3 ist ein senkrecht (Achse Y) verschiebbarer Spindelstock 4 (Achse Y) mit horizontaler Achse 5 der Spindel 6 angeordnet. Vor dem Kreuzschlitten 2 ist starr an einem Fundament die Basis der Arbeitsbank 7 befestigt, die von verschiedener Form und unbeweglich oder drehbeweglich sein kann.
Starr am Kreuzschlitten 2 ist eine Empfangsstation 8 mit U-förmigen Querschnitt angebracht. In ihrem Oberteil sind Führungsleisten 9 befestigt, auf denen ein Werkzeugmagazin 10 angeordnet ist. Hinter dem Kreuzschlitten 2 ist starr eine Basis des Lagers 11 für Werkzeugmagazine angebracht, das in diesem Fall fünf Zellen 12 für Werkzeugmagazine enthält. Die Zellen haben denselben U-förmigen Querschnitt wie die Empfangsstation 8. Die Zelle 12 des Werkzeugmagazins 10 ist leer, während sich die Werkzeugmagazine 13, 14, 15 und 16 in den anderen Zellen befinden. Zwischen der Empfangsstation 8 und den Zellen 12 gibt es ein kleines Spiël « 1 ».
Die Werkzeugmagazine weisen einen Körper 17, Kettenräder 18 und eine mit den Sitzen 19 versehene Kette auf. Die Konstruktion des Körpers 17 und der Kette sowie die Zahl der Kettenräder werden nicht beansprucht. Die Werkzeugmagazine können auch eine runde Form aufweisen. Die Sitze 19 weisen Längsachsen 20 auf, die auch Längsachsen der Werkzeuge 21 sind, wobei die Längsachsen 20 perpendikular zu den Achsen 22 der Kettenräder oder zu der Längsachse der Werkzeugmagazine sind. Das bedingt, dass die Werkzeugmagazine schmal sind und im Lager sehr kompakt angeordnet werden.
Die Längsachsen 20 der Sitze 19 jedes Werkzeugmagazins liegen in einer Ebene, die parallel zu der horizontalen Längsachse 5 der Spindel 6 verläuft.
Am Körper 17 der Werkzeugmagazine sind beidseitig Abstützteile 23 starr befestigt, wobei in diesen Abstützteilen 23 Abstützrollen 24 gelagert sind. Über diese Abstützrollen 24 liegt jedes Werkzeugmagazin auf den Führungsleisten 9 der Empfangsstation 8 oder der Zellen 12 des Lagers 11 auf und kann leicht entlang diesen verschoben werden.
Jedes Werkzeugmagazin besitzt ein Zahnrad 25, das konsolenartig aus dem Körper 17 hinausragt, wobei das Zahnrad 25 starr an der Welle von einem der Kettenräder angebracht ist. Jedes Werkzeugmagazin hat auch einen Arretierteil 26 sowie eine Konsole 27 zum Verbinden mit einem Mechanismus zur Verschiebung der Werkzeugmagazine.
An jeder Zelle 12 des Lagers 11 für die Werkzeugmagazine und an der Empfangsstation 8 ist je ein Arretierelement 28 befestigt, dessen Ansatz in den Arretierteil 26 des zugeordneten Werkzeugmagazins eingreift.
Starr an der Empfangsstation 8 ist der Körper des Motors 29 mittels einer Leiste 30 befestigt. An der Welle des Motors 29 ist ein Zahnrad 31 angebracht. Der Motor 29 ist so angeordnet, dass sein Zahnrad 31 mit dem konsolenartig hinausragenden Zahnrad 25 des Werkzeugmagazins in Eingriff gelangt, wenn das Werkzeugmagazin in der Empfangsstation arretiert ist. Auf diese Weise kann durch Drehen der Welle des Motors 29 jeder Sitz 19 des Werkzeugmagazins in eine Wechselposition 32 bewegt werden. Die Längsachse 20 des Sitzes 19, der sich in der Wechselposition 32 befindet, verläuft parallel zu der horizontalen Längsachse 5 der Spindel 6 der Werkzeugmaschine. Zum Arretieren des Sitzes 19 in dieser Position sind zwei Arretiermechanismen vorgesehen, die an beiden Aussenseiten der U-förmigen Empfangsstation 8 befestigt sind. Jeder Arretiermechanismus besteht aus einem hin- und herbewegbaren Zylinder 33, an dessen Kolbenstange eine Tragstange 34 angebracht ist, die an ihrem anderen Ende zwei Rollen 35 aufweist.
Im Vorderteil der Empfangsstation 8 sind auch zwei berührungslos arbeitende Umschalter angeordnet, wobei der eine 36 zum Zählen der Sitze 19 des Werkzeugmagazins dient, während der andere Umschalter 37 für die Feststellung des ersten Sitzes 19 bestimmt ist. Jedes Werkzeugmagazin hat einen Kamm 38 zum Aktivieren des Umschalters 37.
An der Aussenseite der Empfangsstation 8 ist ein Ketten-Leisten-Mechanismus 39 zur Verschiebung der Werkzeugmagazine von der Empfangsstation 8 zum Lager 11 und umgekehrt befestigt.
An der querbeweglichen Säule 3 oder an der Empfangsstation 8 ist eine mechanische Hand 40 als Autooperator zum Wechsel von Werkzeugen zwischen der Spindel 6 und der Wechselposition 32 angebracht.
Die Werkzeugmaschine hat die folgende Arbeitsweise:
Während der Bearbeitung (mit dem Werkzeug, das sich in der Spindel 6 befindet) wird der Befehl zum Loslassen und Freigeben der Zylinder 33 sowie Drehen des Motors 29 zum Suchen des folgenden Werkzeugs aus dem Programm geschaltet. Bei einer Drehbewegung des Motors 29 treibt dieser über sein Zahnrad 31, das andere Zahnrad 25 und das Kettenrad 18 die Kette mit den Sitzen 19 an. Diese Bewegung setzt sich fort, bis der gesuchte Sitz 19 die Wechselposition 32 erreicht. Dann hört die Drehung des Motors 29 auf und es wird auf Fixieren mit Hilfe der Zylinder 33 geschaltet. Das auf diese Weise vorbereitete «neue» Werkzeug muss die Beendung der Bearbeitung mit dem «alten» Werkzeug abwarten. Es folgt eine Verschiebung der querbeweglichen Säule 3 entlang der Achse Z und des Spindelstocks 4 entlang der Achse Y, bis die Spindel 6 auch in die Wechselposition gelangt. Die mechanische Hand 40 dreht sich und nimmt das «alte» und das «neue» Werkzeug auf. Durch ihre Bewegung nach vorwärts holt diese Hand 40 die Werkzeuge von der Stirnseite der Spindel 6 und von der Stirnseite des Sitzes 19 heraus. Es folgt ein Drehen der mechanischen Hand um 180°, eine Rückkehr und ein Umdrehen bis in die ursprüngliche Position. Das «neue» Werkzeug ist jetzt in der Spindel 6. Es beginnt die Bearbeitung mit diesem Werkzeug und so geht es weiter fort.
Nach Beendigung der vorgesehenen Operationen mit den Werkzeugen aus dem ersten Werkzeugmagazin 10 wird ein Signal zum Wechseln der Werkzeugmagazine gegeben. Es erfolgt eine Verschiebung entlang der Achse X, bis die Empfangsstation 8 gegenüber der leeren Zelle, die für das Werkzeugmagazin 10 bestimmt ist (Fig. 8), Platz nimmt. Während dieser Verschiebung bringt die mechanische Hand 40 das letzte Werkzeug von der Spindel 6 in einen leeren Sitz 19 zurück, der im voraus in der Wechselposition 32 fixiert ist. Die Spindel 6 ist jetzt frei und wartet auf ein neues Werkzeug, zum Beispiel aus dem zweiten Werkzeugmagazin 13.
Nach Durchführung der eben beschriebenen Anfangsoperationen wird die Freigabe der Zylinder 33 und die Freigabe von zweien der Fixierungselemente 28 (dasjenige, das sich in der Empfangsstation 8 und dasjenige, das sich in der leeren Zelle 12 befindet) angeschaltet. Es folgt die Verbindung des Ketten-Leisten-Mechanismus 39 mit der Konsole 27, Verschiebung des Werkzeugmagazins 10 von der Empfangsstation 8 in die leere Zelle 12 des Lagers 11, Fixieren des Werkzeugmagazins 10 in der Zelle 12 und Trennen des Ketten-Leisten-Mechanismus 39 von der Konsole 27 (Fig. 9). Dieser Mechanismus kehrt in die Zone der Empfangsstation 8 zurück. Auf diese Weise ist der Vorgang für das Zurücklassen des «alten», nicht mehr benötigten Werkzeugmagazins im Lager 11 für Werkzeugmagazine als beendet anzusehen.
Zum Holen des folgenden Werkzeugmagazins, zum Beispiel 13, ist es nötig, noch die folgenden Operationen durchzuführen: — Verschiebung des Kreuzschlittens 2 entlang der Achse X, bis die Empfangsstation 8 gegenüber der Zelle 12 des Magazins 13 Platz nimmt;
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— leerer Lauf des Ketten-Leisten-Mechanismus 39 zum Lager 11 für Werkzeugmagazine;
— Freigabe des Werkzeugmagazins 13 aus seiner Zelle;
— Inverbindungsetzen des Ketten-Leisten-Mechanismus 39 mit der Konsole 27 des Werkzeugmagazins 13 und Anfang der Verschiebung dieses Magazins aus dem Lager 11 zur Empfangsstation 8.
In diesem Augenblick wird eine langsame Drehung des Motors 29 zum Erleichtern der Inverbindungsetzung des konsolenartig hinausragenden Zahnrads 25 mit dem Zahnrad 31 eingeschaltet.
Dann erfolgt die Arretierung des Werkzeugmagazins 13 durch das Arretierelement 28 der Empfangsstation 8.
Auf diese Weise ist der Vorgang für die Positionierung eines neuen Werkzeugmagazins in der Empfangsstation 8 beendet. Das neue Werkzeugmagazin ist aber mit dem Motor 29 in willkürlicher Lage verbunden. Deswegen ist eine schnelle Drehung der Sitze 19 notwendig, so dass der Kamm 38 des ersten Sitzes 19 den berührungsfrei arbeitenden Umschalter 37 in Betrieb setzen kann. Das Signal aus dem Umschalter 37 wird die Funktion des anderen, berührungsfrei arbeitenden Umschalters für das Zählen der Sitze 19 des Werkzeugmagazins normalisieren. Die Drehung des Werkzeugmagazins setzt sich fort, bis der entsprechende Sitz 19 in die Wechselposition gelangt. Dieser Sitz 19 wird durch den Zylinder 33 fixiert. Danach wird ein Signal an die mechanische Hand 40 zur Überführung eines Werkzeugs aus dem neuen Werkzeugmagazin 13 an die Spindel 6 abgegeben.
5 Die so beschriebene Konstruktion der Werkzeugmaschine ist nur als Beispiel dargestellt. Die Idee der Erfindung kann auch in Maschinen ohne Kreuzschlitten 2 unter der Säule 3 angewendet werden, z.B., wenn sich die Säule 3 nur entlang der Achse Z verschiebt, während die Bewegung entlang der Achse X durch die Arbeitsbank io 7 erfolgt.
In diesem Fall ist es notwendig, unter dem Lager 11 ein Mechanismus zur Querverschiebung, parallel an der Achse X des Lagers 11, anzuwenden, so dass jede Zelle 12 des Lagers 11 hinter der Empfangsstation 8 Platz nehmen kann. In diesem Fall wird die Emp-15 fangsstation direkt am unbeweglichen Bett 1 befestigt.
Eine andere Lösung erhält man, wenn die Rollen 24 zum Verschieben des Werkzeugmagazins nur auf der einen Seite des Körpers 17 des Werkzeugmagazins angeordnet werden.
Es ist auch möglich, statt des Zahnrads 31 und des konsolenwei-20 se hinausragenden Zahnrads 25 ein Stirnkupplungselement zu verwenden.
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4 Blätter Zeichnungen

Claims (9)

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1. Werkzeugmaschine mit automatischem Wechsel der Werkzeuge und der Werkzeugmagazine, die ein unbewegliches Bett sowie eine Spindel aufweist, wobei auf dem Bett ein in dessen Längsrichtung beweglicher Kreuzschlitten und auf dem letzteren eine quer zum Bett verschiebbare Säule aufgestellt sind, während hinter dem Bett ein Lager für Werkzeugmagazine, jedes von denen mit Sitzen zur Aufnahme von Werkzeugen versehen, befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (20) der Sitze (19) eines jeden Werkzeugmagazins in einer Ebene, die parallel zur Spindel (6) verläuft, liegen, wobei eines der Werkzeugmagazine (10) lösbar über eine Empfangsstation (8) mit dem Kreuzschlitten (2) verbunden ist, während die anderen Werkzeugmagazine (13, 14, 15, 16) in entsprechenden Zellen (12) eines Werkzeugmagazinlagers (11) fixiert sind, und dass jedes der Werkzeugmagazine mit einem Antriebselement (25) zum Antrieb der Verschiebung der Sitze (19) versehen ist, wobei dieses Antriebselement (25) bei Einführung eines Werkzeugmagazins in die Empfangsstation (8) mit einem in der letzteren angeordneten Antriebsmotor (29) lösbar verbindbar ist.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement aus einem vorzugsweise aus dem Werkzeugmagazin herausragenden Zahnrad (25) besteht.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Werkzeugmagazine mit Abstützrollen (24) zum Verschieben des Werkzeugmagazins entlang von Führungsleisten (9) versehen ist.
4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verschiebung des Werkzeugmagazins in die Empfangsstation (8) in der letzteren ein Verschiebemechanismus (39) vorgesehen ist.
5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorderteil der Empfangsstation (8) mindestens ein, vorzugsweise zwei Mechanismen (33, 34, 35) zum Fixieren eines in der Wechselposition (32) sich befindenden Sitzes (19) vorgesehen sind.
6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise im Vorderteil der Empfangsstation (8) mindestens ein, vorzugsweise zwei berührungsfrei arbeitende Schaltelemente (36, 37) zum Zählen der Sitze (19) während ihrer Verschiebung im Werkzeugmagazin vorgesehen sind.
7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise im Hinterteil der Empfangsstation (8) ein Arretierelement (28) zur Arretierung eines in der Empfangsstation (8) sich befindenden Werkzeugmagazins in der letzteren vorgesehen ist.
8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierelement (28) einen Ansatz aufweist, der in eine entsprechende Öffnung eines am Werkzeugmagazin befestigten Teiles (26) eingreift.
9. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsstation (8) und die Zellen (12) des Werkzeugmagazinlagers (11) einen U-förmigen Querschnitt aufweisen.
CH5251/84A 1983-11-03 1984-11-02 Werkzeugmaschine mit automatischem wechsel der werkzeuge und der werkzeugmagazine. CH665156A5 (de)

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