DE102006030169A1 - Automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung und Bearbeitungsmaschine - Google Patents

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Abstract

Eine automatische werkzeugwechselnde Vorrichtung (30) umfasst eine Werkzeuglagervorrichtung (31), in der mehrere Werkzeuge gelagert sind, eine Werkzeugeinspannvorrichtung (41) und eine Werkzeugausspanneinheit (51), die beide zwischen der Werkzeuglagervorrichtung (31) und einer Werkzeugwechselposition (P2) vorgeschoben/zurückgezogen werden können, und einen Werkzeugabgabemechanismus (61). Die Werkzeugeinspanneinheit (41) ist mit einem Werkzeugbefestigungsmechanismus (42) zur Befestigung des Werkzeugeinspannmechanismus (24) versehen, und die Werkzeugausspanneinheit ist mit einem Werkzeuglösemechanismus (52) zum Lösen des Werkzeugeinspannmechanis (52) zum Lösen des Werkzeugeinspannmechanismus (24) versehen. Der Werkzeugabgabemechanismus (61) gibt das Werkzeug, das an einer Werkzeugabgabeposition angeordnet ist, von der Werkzeuglagervorrichtung an die Werkzeugbefestigungsvorrichtung der Werkzeugeinspanneinheit ab, so dass das Werkzeug von dem Werkzeugbefestigungsmechanismus gehalten ist, und gibt das Werkzeug, das von der Werkzeugausspanneinheit zurückgezogen wurde, von der Werkzeugausspanneinheit an die Werkzeuglagervorrichtung ab, so dass das Werkzeug durch die Werkzeuglagervorrichtung gelagert ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung und eine Bearbeitungsmaschine. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung zum automatischen Wechseln eines Werkzeuges bezüglich einer Spindel, und auf eine Bearbeitungsmaschine.
  • Als eine automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung zum automatischen Wechseln eines Werkzeuges in Bezug auf eine Spindel einer Werkzeugmaschine ist zum Beispiel eine automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung, beschrieben in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-84777, bekannt.
  • Solch eine automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung hat ein Werkzeugmagazin, das mehrere Werkzeuge lagern und ein Werkzeug an einer vorbestimmten Werkzeugabgabeposition positionieren kann, einen Dreharm, der an dessen zwei Enden Werkzeuggreifer aufweist und drehbar zwischen der Abgabeposition des Werkzeugmagazins und der Werkzeugwechselposition angeordnet ist, und eine Steuereinheit, die einen Dreharbeitsgang und einen vorfahrenden/zurückziehenden Arbeitsgang in Richtung der Drehachse des Dreharms steuert.
  • Bei der Ausführung eines Werkzeugwechsels wird ein gewünschtes Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin ausgewählt, und das ausgewählte Werkzeug wird an der Werkzeugabgabeposition positioniert. Zur selben Zeit wird die Spindel an der Werkzeugwechselposition positioniert. In diesem Zustand wird der Dreharm gedreht, so dass die Werkzeuggreifer an zwei Enden des Dreharms entsprechend die Werkzeuge greifen (dies sind das Werkzeug, das an der Werkzeugabgabeposition positioniert ist und das Werkzeug, das an der Spindel angebracht ist). Danach wird der Dreharm in axialer Richtung geschoben, um 180° gedreht und in axialer Richtung geschoben, so dass das Werkzeug, das an der Werkzeugabgabeposition angeordnet ist, an der Spindel montiert wird, und das Werkzeug, das an der Spindel montiert ist, in die Werkzeugabgabeposition zurückgeholt wird. In dieser Weise wird der automatische Werkzeugwechsel durchgeführt.
  • Bei der konventionellen automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung, muss die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung bei der Durchführung eines automatischen Werkzeugwechsels, da die Spindel in einem Drehbereich des Dreharms bewegt und angeordnet sein muss, in der Nähe des Bearbeitungsbereiches der Spindel angeordnet sein, wenn der Bewegungshub der Spindel klein ist.
  • Bei einer solchen Anordnung, wenn die Bearbeitung durch die Spindel unter Bearbeitungsbedingungen durchgeführt wird, bei denen zum Beispiel viel Kühlflüssigkeit verwendet werden muss oder viele Späne erzeugt werden, werden die Kühlflüssigkeit und die Späne die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung verkleben, was zu einem Ausfall führen kann.
  • Um den Bearbeitungsbereich der Spindel und die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung separat voneinander anordnen zu können, muss der Bewegungshub der Spindel erhöht werden, wodurch die Bearbeitungsmaschine groß und kompliziert wird, und ein wirtschaftlicher Nachteil erzeugt wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein grundlegendes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung sowie einer Bearbeitungsmaschine, in der der Bearbeitungsbereich der Spindel und die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung separat voneinander angeordnet werden können, ohne den Bewegungshub der Spindel zu erhöhen.
  • Eine automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung entsprechend einem Aspekt der Erfindung ist zum Wechseln eines Werkzeuges bezüglich einer Spindel, die an einer Werkzeugwechselposition angeordnet ist und einen Werkzeugeinspannmechanismus an einer Endspitze aufweist, wobei die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung umfasst: eine Werkzeuglagervorrichtung, die mehrere Werkzeuge lagern und ein Werkzeug an einer vorbestimmten Werkzeugabgabeposition anordnen kann; eine Werkzeugeinspanneinheit, die zwischen der Werkzeuglagervorrichtung und der Werkzeugwechselposition vorgeschoben/zurückgezogen werden kann, wobei die Werkzeugeinspanneinheit einen Werkzeugbefestigungsmechanismus zur Befestigung des Werkzeugeinspannmechanismus an der Werkzeugwechselposition aufweist; eine Werkzeugausspanneinheit, die zwischen der Werkzeuglagervorrichtung und der Werkzeugwechselposition vorgeschoben/zurückgezogen werden kann, wobei die Werkzeugausspanneinheit einen Werkzeuglösemechanismus zum Lösen des Werkzeugeinspannmechanismus an der Werkzeugwechselposition aufweist; und einen Werkzeugabgabemechanismus, der derart wirkt, dass, wenn die Werkzeugeinspanneinheit zurückgezogen ist, so dass der Werkzeugbefestigungsmechanismus in einer Position entsprechend der Werkzeugabgabeposition ist, der Werkzeugabgabemechanismus das Werkzeug, das an der Werkzeugabgabeposition angeordnet ist, von der Werkzeuglagervorrichtung an den Werkzeugbefestigungsmechanismus der Werkzeugeinspanneinheit abgibt, so dass das Werkzeug von dem Werkzeugbefestigungsmechanismus gehalten ist; und wenn die Werkzeugausspanneinheit zurückgezogen ist, so dass der Werkzeuglösemechanismus in einer Position entsprechend der Werkzeugabgabeposition ist, der Werkzeugabgabemechanismus das Werkzeug, das von der Werkzeugausspanneinheit zurückgezogen wurde, von der Werkzeugausspanneinheit zu der Werkzeuglagervorrichtung abgibt, so dass das Werkzeug von der Werkzeuglagervorrichtung gelagert ist.
  • (Werkzeugausspannoperation)
  • Die Beschreibung beginnt bei dem Zustand, in dem das Werkzeug an der Spindel montiert ist. Von diesem Zustand wird die Spindel bewegt und an der Werkzeugwechselposition angeordnet, und die Werkzeugausspanneinheit wird ebenfalls in die Werkzeugwechselposition vorgeschoben. Danach wird die Spindel in Richtung der Werkzeugausspanneinheit bewegt, so dass der Werkzeugeinspannmechanismus der Spindel in dem Werkzeuglösemechanismus der Werkzeugausspanneinheit aufgenommen ist, und der Werkzeugeinspannmechanismus wird von dem Werkzeuglösemechanismus gelöst. Danach wird die Spindel von der Werkzeugausspanneinheit wegbewegt, so dass das Werkzeug aus dem Werkzeugeinspannmechanismus herausgezogen wird, um von der Werkzeugausspanneinheit gehalten zu werden. Das Werkzeug, das von der Werkzeugausspanneinheit gehalten wird, wird zu der Werkzeuglagervorrichtung zurückgezogen durch eine Rückzugsoperation der Werkzeugausspanneinheit und eine Abgabeoperation des Werkzeugabgabemechanismus.
  • (Werkzeugeinspannoperation)
  • Zuerst wird das gewünschte Werkzeug aus der Werkzeuglagervorrichtung ausgewählt, und das gewünschte Werkzeug wird an der Werkzeugabgabeposition angeordnet. Mittels des Werkzeugabgabemechanismus wird das gewünschte Werkzeug, das an der Werkzeugabgabeposition angeordnet ist, an den Werkzeugbefestigungsmechanismus der Werkzeugeinspanneinheit von der Werkzeuglagervorrichtung abgegeben und von dem Werkzeugbefestigungsmechanismus gehalten. Als nächstes wird die Werkzeugeinspanneinheit vorgeschoben. Danach wird die Spindel in Richtung der Werkzeugeinspanneinheit bewegt, so dass der Werkzeugeinspannmechanismus der Spindel in dem Werkzeugbefestigungsmechanismus der Werkzeugeinspanneinheit aufgenommen ist und der Werkzeugeinspannmechanismus durch den Werkzeugbefestigungsmechanismus befestigt ist. Mit anderen Worten wird das gewünschte Werkzeug von dem Werkzeugeinspannmechanismus gehalten. Danach wird die Spindel von der Werkzeugeinspanneinheit wegbewegt und die Werkzeugeinspanneinheit wird zurückgezogen. Somit ist das gewünschte Werkzeug an der Spindel angebracht, mit dem die Bearbeitung ausgeführt wird.
  • In dieser Weise können, da der Werkzeugwechsel durch ein Vorschieben/Zurückziehen der Werkzeugeinspanneinheit und der Werkzeugaunspanneinheit zwischen der Werkzeuglagervorrichtung und der Werkzeugwechselposition erfolgt, der Bearbeitungsbereich der Spindel und die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung separat voneinander angeordnet werden ohne den Bewegungshub der Spindel zu vergrößern. Somit kann das Problem gelöst werden, dass die Kühlflüssigkeit und die Späne auf der automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung verkleben können, was ein Nachteil für den Fall ist, in dem die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung in der Nähe des Bearbeitungsbereiches angeordnet ist, wodurch ein dadurch verursachter Ausfall verhindert werden kann.
  • Bei der zuvor genannten automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung ist bevorzugt, dass die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung einen Werkzeuglagerrevolver, der lösbar Werkzeugtöpfe, in denen die Werkzeuge gelagert sind, in einem vorbestimmten Winkelintervall lagert, und einen Drehantriebsmechanismus umfasst, der den Werkzeuglagerrevolver dreht und das gewünschte Werkzeug an der Werkzeugabgabeposition anordnet.
  • Bei einer solchen Anordnung ist nicht nur der Aufbau relativ einfach, da die Werkzeuglagervorrichtung den Werkzeuglagerrevolver und den Drehantriebsmechanismus umfasst, der den Werkzeuglagerrevolver dreht, sondern auch die Positionierung kann mit großer Genauigkeit durchgeführt werden, wodurch Fehler reduziert werden.
  • Bei der zuvor genannten automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung ist bevorzugt, dass die Werkzeugeinspanneinheit zurückgezogen werden kann bis der Werkzeugbefestigungsmechanismus eine Position erreicht, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers ist und der Werkzeugabgabeposition entspricht; die Werkzeugausspanneinheit zurückgezogen werden kann bis der Werkzeuglösemechanismus eine Position erreicht, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers ist und der Werkzeugabgabeposition entspricht; und der Werkzeugabgabemechanismus einen Werkzeugabgabestab, der beweglich entlang einer Achse ist, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers ist und der Werkzeugabgabeposition entspricht, und einen Vorschub/Rückzugsmechanismus umfasst, der den Werkzeugabgabestab entlang der Achse vorschiebt/zurückzieht.
  • Bei einer solchen Anordnung kann die Vorrichtung im Ganzen schmal ausgeführt werden, da die Werkzeugeinspanneinheit, die Werkzeugausspanneinheit und der Werkzeugabgabestab des Vorschub/Rückzugsmechanismus auf der Achse angeordnet sind, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers ist und der Werkzeugabgabeposition entspricht. Außerdem, da der Werkzeugabgabestab des Vorschub/Rückzugsmechanismus nur in Richtung der Achse bewegt werden muss, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers ist und der Werkzeugabgabeposition entspricht, kann die Operation stufenlos ausgeführt werden.
  • Bei der zuvor genannten automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung ist bevorzugt, dass die Werkzeugeinspanneinheit und die Werkzeugausspanneinheit an den Positionen angeordnet sind, die gegeneinander versetzt sind in Richtung der Achse, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers ist und der Werkzeugabgabeposition entspricht, wobei die Werkzeugeinspanneinheit und die Werkzeugausspanneinheit in derselben Richtung senkrecht zu der Richtung der Achse vorgeschoben/zurückgezogen werden können.
  • Bei einer solchen Anordnung kann die Ausdehnung der Vorrichtung in der Breite reduziert werden, da die Werkzeugeinspanneinheit und die Werkzeugausspanneinheit an den Positionen angeordnet sind, die in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind und die in derselben Richtung senkrecht zu der Richtung der Achse vorgeschoben/zurückgezogen werden können. Somit kann die Vorrichtung als Ganzes kompakt ausgeführt werden.
  • Bei der zuvor genannten automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung ist bevorzugt, dass der Werkzeugeinspannmechanismus eine Spannzange, die an der Spindel angebracht ist, und ein Mutterelement zur Befestigung der Spannzange umfasst; der Werkzeugbefestigungsmechanismus einen Drehmechanismus zum Drehen der Mutter in eine Richtung umfasst, so dass die Mutter befestigt ist; und der Werkzeuglösemechanismus einen Drehmechanismus zum Drehen der Mutter in eine Richtung umfasst, so dass die Mutter gelöst ist.
  • Bei einer solchen Anordnung kann der Aufbau vereinfacht werden, da der Werkzeugeinspannmechanismus die Spannzange befestigt und löst durch eine Drehoperation des Mutterelements.
  • Eine Bearbeitungsmaschine gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die zuvor genannte automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung und einen Bearbeitungsmaschinenaufbau auf, der einen Bearbeitungsbereich aufweist, in dem die Spindel bewegt werden kann, in dem der Bearbeitungsbereichsraum ein Fenster in einer Wand aufweist, die an die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung angrenzt, wobei die Werkzeugeinspanneinheit und die Werkzeugausspanneinheit der automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung in den Bearbeitungsbereichsraum durch das Fenster hineinragen können, und das Fenster mit einer Klappe versehen ist, die geöffnet und geschlossen werden kann.
  • Bei einer solchen Anordnung werden, da der Bearbeitungsbereichsraum mit einem Fenster ausgebildet ist in einer Wand, die an die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung angrenzt, und da das Fenster mit einer Klappe versehen ist, die geöffnet und geschlossen werden kann, die Kühlflüssigkeit und die Späne des Bearbeitungsbereichsraums nicht auf der automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung verkleben, wenn die Klappe geschlossen ist. Außerdem können, wenn die Klappe geöffnet ist, die Werkzeugeinspanneinheit und die Werkzeugausspanneinheit in den Bearbeitungsbereichsraum durch das Fenster hineinragen, wodurch der Werkzeugwechsel leicht durchgeführt werden kann.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Frontansicht, die eine Bearbeitungsmaschine in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist ein Querschnitt, der einen Spindelkopf in der zuvor genannten Ausführungsform zeigt;
  • 3 ist eine Explosions-Perspektivansicht, die eine automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung in der zuvor genannten Ausführungsform zeigt;
  • 4 ist ein Querschnitt, der einen Werkzeugbefestigungsmechanismus der automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung in der zuvor genannten Ausführungsform zeigt;
  • 5 ist eine Darstellung, die eine Werkzeugausspannoperation der automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung in der zuvor genannten Ausführungsform erläutert; und
  • 6 ist eine Darstellung, die eine Werkzeugeinspannoperation der automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung in der zuvor genannten Ausführungsform erläutert.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
  • <Beschreibung der 1>
  • 1 zeigt eine Bearbeitungsmaschine, die mit einer automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Die Bearbeitungsmaschine 1 umfasst einen Bearbeitungsmaschinenaufbau 10 und eine automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung 30, die angrenzend an den Bearbeitungsmaschinenaufbau 10 angeordnet ist.
  • Die Bearbeitungsmaschine 10 ist versehen mit einem Tisch 12, auf dem ein Werkstück angebracht ist, und einem Bearbeitungsbereichsraum 13, in dem sich ein Spindelkopf 21 in Bezug auf drei Richtungen bewegen kann (nämlich in Vorwärts- und Rückwärts, Seite zu Seite- und Auf- und Abrichtung). Die Frontfläche des Bearbeitungsmaschinenaufbaus 10 ist mit einem Beobachtungsfenster 14 versehen, durch das der Bearbeitungsbereichsraum 13 beobachtet werden kann. In der linken Seitenwand (die Seitenwand, die an die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung angrenzt) ist ein Fenster 15 vorgesehen, durch das eine Werkzeugeinspanneinheit 41 (die später erwähnt werden wird) und eine Werkzeugausspanneinheit 51 (die später erwähnt werden wird) der automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung 30 in den Bearbeitungsbereichsraum 13 hineinragen können. An der rechten Seitenwand ist eine Bedientafel 16 vorgesehen.
  • Das Fenster 15 ist mit einer Klappe 18 über eine Führungsschiene 19 versehen, wobei die Klappe 18 von einem Zylinder 17 verschoben wird. Mit anderen Worten kann das Fenster 15 von der Klappe 18 geöffnet/geschlossen werden.
  • <Beschreibung der 2>
  • 2 zeigt den Spindelkopf 21. Der Spindelkopf 21 umfasst ein Lagerelement 22, eine Spindel 23, die drehbar von dem Lagerelement 22 über ein statisches Luftdrucklager (nicht dargestellt) gelagert wird, und einen Werkzeugeinspannmechanismus 24, der an der Endspitze der Spindel 23 vorgesehen ist.
  • Der Werkzeugeinspannmechanismus 24 umfasst eine verjüngte Öffnung 25, die an der Stirnseite der Endspitze der Spindel 23 ausgebildet ist, eine Spannzange 26, die in der verjüngten Öffnung 25 angebracht ist, und ein Mutterelement 27, das die Spannzange 26 befestigt und löst. Das Mutterelement 27 umfasst einen Mutterabschnitt 27A, der an einem Außenumfang der verjüngten Öffnung 25 an der Endspitze der Spindel 23 ausgebildet ist und mit einem externen Gewindeabschnitt 28 in Eingriff steht, und einen Taschenförmigen Druckabschnitt 27B, der an einem Ende des Mutterabschnitts 27A angeordnet ist, um die Spannzange 26 von unten zu drücken. Somit kann eine Werkzeug T gehalten werden, wenn das Mutterelement 27 (im Uhrzeigersinn) geschraubt wird, da die Spannzange 26 in die verjüngte Öffnung 25 eingeführt wird. Während durch Drehen des Mutterelements 27 in die entgegengesetzte Richtung, da die Befestigung, die durch die Spannzange 26 verursacht wird, gelöst wird, das Werkzeug T entfernt werden kann. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist ein Spindeldrehregelmechanismus vorgesehen zur Regelung der Drehung der Spindel während des Befestigens/Lösens des Werkzeugeinspannmechanismus 24.
  • <Beschreibung der 3 und 4>
  • 3 zeigt die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung 30. Die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung 30 umfasst eine Werkzeuglagervorrichtung 31, in der mehrere Werkzeuge T gelagert werden können und mit der die Werkzeuge an einer vorbestimmten Werkzeugabgabeposition angeordnet werden können, die Werkzeugeinspanneinheit 41, die Werkzeugausspanneinheit 51 und einen Werkzeugabgabemechanismus 61.
  • Die Werkzeuglagervorrichtung 31 umfasst einen Werkzeuglagerrevolver 32, der lösbar Werkzeugtöpfe 34, in denen die Werkzeuge T gelagert sind, in einem vorbestimmten Winkelintervall lagert, und einen Drehantriebsmechanismus 35, der den Werkzeuglagerrevolver 32 dreht und das gewünschte Werkzeug T an einer Werkzeugabgabeposition anordnet. Der Werkzeuglagerrevolver 32 ist mit Lageröffnungen 33 an vorbestimmten Winkelpositionen auf demselben Umfang ausgebildet, wobei die Lageröffnungen 33 lösbar die Werkzeugtöpfe 34 lagern, in denen die Werkzeuge T gelagert sind. Der Drehantriebsmechanismus 35 umfasst einen Motor 36 und einen Riemen 37, der um eine Abtriebswelle des Motors 36 und um eine Welle des Werkzeuglagerrevolvers gelegt ist.
  • Angetrieben von einem Zylinder (nicht dargestellt), kann die Werkzeugeinspanneinheit 41 zwischen der Werkzeugabgabeposition P1 der Werkzeuglagervorrichtung 31 und einer Werkzeugwechselposition P2 in dem Bearbeitungsbereichsraum 13 vorgeschoben/zurückgezogen werden. Die Werkzeugeinspanneinheit 41 weist einen Werkzeugbefestigungsmechanismus 42 auf zur Befestigung des Werkzeugeinspannmechanismus 24 an der Werkzeugwechselposition P2. Mit anderen Worten kann der Werkzeugbefestigungsmechanismus 42 zwischen einer Position, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers 32 ist und der Werkzeugabgabeposition P1 entspricht, und der Werkzeugwechselposition P2 vorgeschoben/zurückgezogen werden.
  • Wie in 4 gezeigt, umfasst der Werkzeugbefestigungsmechanismus 42, von oben nach unten, einen Drehmechanismus 43 zum Drehen des Mutterelements 27 in einer Richtung zur Befestigung des Mutterelements 27, und einen Halter 47 zum Halten des Werkzeugtopfes 34, in dem das Werkzeug T gelagert ist. Der Drehmechanismus 43 umfasst ein Mutterlagerelement 44, das das Mutterelement 27 lagert und gedreht werden kann, einen Ein-Richtungs-Drehmechanismus (nicht dargestellt), wie zum Beispiel ein Sperrklinkenmechanismus, um die Drehung des Mutterlagerelement 44 nur in eine Richtung zu gestatten (die Richtung, in der das Mutterelement 27 befestigt wird) und einen Zylinder 46, der das Mutterelement 27 in eine Richtung dreht, wobei der Zylinder 46 mit dem Mutterlagerelement 44 über einen Hebel 45 verbunden ist. Der Halter 47 ist aus einem elastischen Material, wie zum Beispiel Gummi gefertigt, so dass der Werkzeugtopf 34 elastisch gehalten werden kann. Der Halter 47 weist eine Halteöffnung an seinem Zentrum zum Halten des Werkzeugtopfes 34 auf.
  • Angetrieben von einem Zylinder (nicht dargestellt), kann die Werkzeugausspanneinheit 51 zwischen der Werkzeugabgabeposition P1 der Werkzeuglagervorrichtung 31 und der Werkzeugwechselposition P2 in dem Bearbeitungsbereichsraum 13 vorgeschoben/zurückgezogen werden. Die Werkzeugausspannvorrichtung 51 weist einen Werkzeuglösemechanismus 52 zum Lösen des Werkzeugeinspannmechanismus 24 an der Werkzeugwechselposition P2 auf. Mit anderen Worten wird der Werkzeuglösemechanismus 52 zwischen einer Position, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers 32 ist und der Werkzeugabgabeposition entspricht, und der Werkzeugwechselposition P2 vorgeschoben/zurückgezogen.
  • Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, umfasst der Werkzeuglösemechanismus 52 einen Drehmechanismus und einen Ein-Richtungs-Drehmechanismus zum Drehen des Mutterelements 27, so dass das Mutterelement 27 gelöst wird, und einen Halter zum Halten des zurückgezogenen Werkzeugs T. Der Drehmechanismus weist grundsätzlich den gleichen Aufbau wie in 4 angedeutet auf, daher entfällt dessen Beschreibung.
  • Im Übrigen sind die Werkzeugeinspanneinheit 41 und die Werkzeugausspanneinheit 51 an Positionen angeordnet, die gegeneinander versetzt sind in Richtung der Achse, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers 32 ist und der Werkzeugabgabeposition P1 entspricht, wobei die Einheiten 41, 51 in derselben Richtung senkrecht zur Richtung der Achse vorgeschoben/zurückgezogen werden.
  • In dem Zustand, in dem die Werkzeugeinspanneinheit 41 zurückgezogen ist, so dass der Werkzeugbefestigungsmechanismus 42 an einer Position ist, die der Werkzeugabgabeposition P1 entspricht, gibt der Werkzeugabgabemechanismus 61 das Werkzeug, das an der Werkzeugabgabeposition P1 angeordnet ist, von der Werkzeuglagervorrichtung 31 in den Werkzeugbefestigungsmechanismus 42 der Werkzeugeunspanneinheit 41, so dass das Werkzeug T von dem Werkzeugbefestigungsmechanismus 42 gehalten ist. Während in dem Zustand, in dem die Werkzeugausspanneinheit 51 zurückgezogen ist, so dass der Werkzeuglösemechanismus 52 in einer Position ist, die der Werkzeugabgabeposition P1 entspricht, gibt der Werkzeugabgabemechanismus 61 das Werkzeug T, das von der Werkzeugausspanneinheit 51 zurückgezogen wurde, von der Werkzeugausspanneinheit 51 an die Werkzeuglagervorrichtung 31, so dass das Werkzeug T von der Werkzeuglagervorrichtung 31 gelagert wird.
  • Insbesondere umfasst der Werkzeugabgabemechanismus 61 einen Werkzeugabgabestab 62, der entlang der Achse beweglich ist, die parallel der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers 32 ist und der Werkzeugabgabeposition P1 entspricht, und einen Vorschub/Rückzugsmechanismus 63, der den Werkzeugabgabestab 62 entlang der Achse vorschiebt/zurückzieht. Der Vorschub/Rückzugsmechanismus 63 umfasst einen ersten Zylinder 65, der mit dem Werkzeugabgabestab 62 über eine Verbindungsplatte 64 verbunden ist, und einen zweiten Zylinder 67, der mit dem ersten Zylinder 65 über eine Verbindungsplatte 66 verbunden ist.
  • <Beschreibung der 5>
  • (Werkzeugausspannoperation)
  • Die Beschreibung beginnt bei dem Zustand, wo das Werkzeug T an der Spindel 23 angebracht ist. Aus diesem Zustand wird der Spindelkopf 21 (die Spindel 23) bewegt und an der Werkzeugwechselposition P2 angeordnet, und die Werkzeugausspannvorrichtung 51 wird ebenfalls zu der Werkzeugwechselposition P2 vorgeschoben. Als nächstes wird der Spindelkopf 21 (die Spindel 23) in Richtung der Werkzeugausspanneinheit 51 bewegt, so dass der Werkzeugeinspannmechanismus 24 des Spindelkopfes 21 (der Spindel 23) von dem Werkzeuglösemechanismus 52 der Werkzeugausspanneinheit 51 gehalten wird. Danach wird der Spindelkopf 21 (die Spindel 23) von der Werkzeugausspanneinheit 51 wegbewegt, so dass das Werkzeug T aus dem Werkzeugeinspannmechanismus 24 herausgezogen wird, um von der Werkzeugausspanneinheit 51 gehalten zu werden.
  • Das Werkzeug T, das von der Werkzeugausspanneinheit 51 gehalten wird, wird zu der Werkzeuglagervorrichtung 31 zurückgezogen durch eine Rückzugsoperation der Werkzeugausspanneinheit 51 und einer Abgabeoperation des Werkzeugabgabemechanismus 61.
  • Zuerst wird die Werkzeugausspanneinheit 51 in ihre Ausgangsposition zurückgezogen. Zur selben Zeit wird ein Werkzeuglagerrevolver 32 der Werkzeuglagervorrichtung 31 gedreht, so dass der Werkzeugtopf 34 für das benutzte Werkzeugen der Werkzeugabgabeposition P1 angeordnet ist. Als nächstes wird der Werkzeugabgabestab 62 angehoben durch den Antrieb des ersten und zweiten Zylinders 65, 67 des Werkzeugabgabemechanismus 61. Da der Werkzeugabgabestab 62 angehoben ist, wird der Werkzeugtopf 34 für das benutzte Werkzeug von der Werkzeuglagervorrichtung 31 in den Werkzeuglösemechanismus 52 der Werkzeugausspanneinheit 51 getragen.
  • Somit wird das benutzte Werkzeug T in den Werkzeugtopf 34, der in dem Werkzeuglösemechanismus 52 getragen ist, zurückgezogen. Danach wird der Werkzeugabgabestab 62 heruntergelassen durch den Antrieb des ersten und zweiten Zylinders 65, 67 des Werkzeugabgabemechanismus 61, und der Werkzeugtopf 34 für das benutzte Werkzeug, der das benutzte Werkzeug T lagert, ist in dem Werkzeuglagerrevolver 32 der Werkzeuglagervorrichtung 31 gelagert. Damit ist die Werkzeugausspannoperation beendet.
  • <Beschreibung der 6>
  • (Werkzeugeinspannoperation)
  • Zuerst wird das gewünschte Werkzeug T aus der Werkzeuglagervorrichtung 31 ausgewählt, und das ausgewählte Werkzeug T wird an der Werkzeugabgabeposition P1 durch Drehung des Werkzeuglagerrevolvers 32 angeordnet. Mittels des Werkzeugabgabemechanismus 61, wird das Werkzeug T, das an der Werkzeugabgabeposition P1 angeordnet ist, von der Werkzeuglagervorrichtung 31 an den Werkzeugbefestigungsmechanismus 42 der Werkzeugeinspanneinheit 41 abgegeben. Mit anderen Worten, der Werkzeugabgabestab 62 wird durch den Antrieb des zweiten Zylinders 67 des Werkzeugabgabemechanismus 61 angehoben. Da der Werkzeugabgabestab 62 angehoben ist, wird das gewünschte Werkzeug T von der Werkzeuglagervorrichtung 31 an den Werkzeugbefestigungsmechanismus 42 der Werkzeugeinspanneinheit 41 abgegeben, so dass das gewünschte Werkzeug T von dem Werkzeugbefestigungsmechanismus 42 gehalten ist. Danach wird der Werkzeugabgabestab 62 durch den Antrieb des zweiten Zylinders 67 des Werkzeugabgabemechanismus 61 abgesenkt.
  • Als nächstes wird der Spindelkopf 21 (die Spindel 23) bewegt und an der Werkzeugwechselposition P2 angeordnet, und zur selben Zeit wird die Werkzeugeinspanneinheit 41 vorgeschoben und genau unter der Spindel 23 angeordnet. Danach wird der Spindelkopf 21 (die Spindel 23) in Richtung der Werkzeugeinspanneinheit 41 bewegt, so dass der Werkzeugeinspannmechanismus 24 der Spindel 23 von dem Werkzeugbefestigungsmechanismus 42 der Werkzeugeinspanneinheit 41 gehalten ist, und der Werkzeugeinspannmechanismus 24 durch den Werkzeugbefestigungsmechanismus 42 befestigt ist. Mit anderen Worten, das gewünschte Werkzeug T wird von dem Werkzeugeinspannmechanismus 24 gehalten. Danach wird die Spindel 23 von der Werkzeugeinspanneinheit 41 wegbewegt. Somit ist das gewünschte Werkzeug T, mit dem die Bearbeitung ausgeführt wird, an der Spindel 23 montiert.
  • Der Werkzeugtopf 34, der von der Werkzeugeinspanneinheit 41 gehalten ist, wird in die Werkzeuglagervorrichtung 31 zurückgezogen durch eine Rückzugsoperation der Werkzeugeinspanneinheit 41 und einer Abgabeoperation des Werkzeugabgabemechanismus 61.
  • Zuerst wird die Werkzeugeinspanneinheit 41 in ihre Ausgangsposition zurückgezogen. Als nächstes wird der Werkzeugabgabestab 62 durch den Antrieb des zweiten Zylinders 67 des Werkzeugabgabemechanismus 61 angehoben. Da der Werkzeugabgabestab 62 angehoben ist, wird der geleerte Werkzeugtopf 34 zu dem Werkzeugabgabestab 62 zurückgezogen. Danach wird der Werkzeugabgabestab 62 durch den Antrieb des zweiten Zylinders 67 des Werkzeugabgabemechanismus 61 abgesenkt, und der geleerte Werkzeugtopf 34 wird in dem Werkzeuglagerrevolver 32 der Werkzeuglagervorrichtung 31 gelagert. Damit ist die Werkzeugeinspannoperation beendet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform können, da der Werkzeugwechsel durch Vorschieben/Zurückziehen der Werkzeugeinspanneinheit 41 und der Werkzeugausspanneinheit 51 zwischen der Werkzeuglagervorrichtung 31 und der Werkzeugwechselposition P2 erfolgt, der Bearbeitungsbereich der Spindel 23 und die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung 30 separat voneinander angeordnet werden ohne den Bewegungshub der Spindel zu erhöhen. Somit kann das Problem gelöst werden, dass die Kühlflüssigkeit und die Späne auf der automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung 30 verkleben werden, was im Falle der Anordnung der automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung 30 in der Nähe des Bearbeitungsbereiches nachteilig ist, und somit kann ein Ausfall, der hierdurch verursacht wird, ausgeschlossen werden.
  • Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung vielfältig einsetzbar, da sie bei jeden Bearbeitungsmaschinen, die eine Spindel aufweisen (solch eine Spindel einer Maschine vom Spannzangentyp) angewendet werden kann, wobei sie im Wesentlichen keine Abänderungen im Basisaufbau der Spindel 23 und des Bearbeitungsmaschinenaufbaus 10 erfordert. Dieser Vorzug ist besonders gut für eine neue Hochgeschwindigkeitsspindel oder eine Ultrahochgeschwindigkeitsspindel (die eine Drehgeschwindigkeit von 100.000 U/min oder höher aufweist), vom Gesichtspunkt der Verhinderung einer Vibration der Spindel.
  • <Abänderungen>
  • Es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, und zahlreiche Abänderungen und Verbesserungen können vorgenommen werden, so lange die Ziele der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
  • Zum Beispiel ist in der oben beschriebenen Ausführungsform, obwohl die Spannzange 26 in dem Werkzeugeinspannmechanismus 24, der das Werkzeug T an der Spindel hält, verwendet wird, die Anordnung nicht darauf beschränkt. Mit anderen Worten, der Werkzeugeinspannmechanismus 24 kann jede andere Anordnung aufweisen, so lange das Werkzeug T einfach in Bezug auf die Spindel 23 gewechselt werden kann. In solch einem Fall sollten der Werkzeugbefestigungsmechanismus 42 der Werkzeugeinspanneinheit 41 und der Werkzeuglösemechanismus 52 der Werkzeugausspanneinheit 51 Anordnungen aufweisen, die der Anordnung des Werkzeugeinspannmechanismus 24 entsprechen.

Claims (6)

  1. Automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung zum Wechseln eines Werkzeuges bezüglich einer Spindel, die an einer Werkzeugwechselposition angeordnet ist und einen Werkzeugeinspannmechanismus an einer Endspitze aufweist, wobei die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung umfasst: eine Werkzeuglagervorrichtung, die mehrere Werkzeuge lagern und ein Werkzeug an einer vorbestimmten Werkzeugabgabeposition anordnen kann; eine Werkzeugeinspanneinheit, die zwischen der Werkzeuglagervorrichtung und der Werkzeugwechselposition vorgeschoben/zurückgezogen werden kann, wobei die Werkzeugeinspanneinheit einen Werkzeugbefestigungsmechanismus zur Befestigung des Werkzeugeinspannmechanismus an der Werkzeugwechselposition aufweist; eine Werkzeugausspanneinheit, die zwischen der Werkzeuglagervorrichtung und der Werkzeugwechselposition vorgeschoben/zurückgezogen werden kann, wobei die Werkzeugaunspanneinheit einen Werkzeuglösemechanismus zum Lösen des Werkzeugeinspannmechanismus an der Werkzeugwechselposition aufweist; und einen Werkzeugabgabemechanismus, der derart wirkt, dass, wenn die Werkzeugeinspanneinheit zurückgezogen ist, so dass der Werkzeugbefestigungsmechanismus in einer Position entsprechend der Werkzeugabgabeposition ist, der Werkzeugabgabemechanismus das Werkzeug, das an der Werkzeugabgabeposition angeordnet ist, von der Werkzeuglagervorrichtung an den Werkzeugbefestigungsmechanismus der Werkzeugeunspanneinheit abgibt, so dass das Werkzeug von dem Werkzeugbefestigungsmechanismus gehalten ist; und wenn die Werkzeugausspanneinheit zurückgezogen ist, so dass der Werkzeuglösemechanismus in einer Position entsprechend der Werkzeugabgabeposition ist, der Werkzeugabgabemechanismus das Werkzeug, das von der Werkzeugausspanneinheit zurückgezogen wurde, von der Werkzeugausspanneinheit zu der Werkzeuglagervorrichtung abgibt, so dass das Werkzeug von der Werkzeuglagervorrichtung gelagert ist.
  2. Automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Werkzeuglagervorrichtung einen Werkzeuglagerrevolver, der lösbar Werkzeugtöpfe, in denen die Werkzeuge gelagert sind, in einem vorbestimmten Winkelintervall lagert, und einen Drehantriebsmechanismus umfasst, der den Werkzeuglagerrevolver dreht und das gewünschte Werkzeug an der Werkzeugabgabeposition anordnet.
  3. Automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Werkzeugeinspanneinheit zurückgezogen werden kann bis der Werkzeugbefestigungsmechanismus eine Position erreicht, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers ist und der Werkzeugabgabeposition entspricht; die Werkzeugausspanneinheit zurückgezogen werden kann bis der Werkzeuglösemechanismus eine Position erreicht, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers ist und der Werkzeugabgabeposition entspricht; und der Werkzeugabgabemechanismus einen Werkzeugabgabestab, der beweglich entlang einer Achse ist, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers ist und der Werkzeugabgabeposition entspricht, und einen Vorschub/Rückzugsmechanismus umfasst, der den Werkzeugabgabestab entlang der Achse vorschiebt/zurückzieht.
  4. Automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Werkzeugeinspanneinheit und die Werkzeugausspanneinheit an Positionen angeordnet sind, die gegeneinander versetzt sind in Richtung der Achse, die parallel zu der Drehachse des Werkzeuglagerrevolvers ist und der Werkzeugabgabeposition entspricht, wobei die Werkzeugeinspanneinheit und die Werkzeugausspanneinheit in derselben Richtung senkrecht zu der Richtung der Achse vorgeschoben/zurückgezogen werden können.
  5. Automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Werkzeugeinspannmechanismus eine Spannzange, die an der Spindel angebracht ist, und ein Mutterelement zur Befestigung der Spannzange umfasst; der Werkzeugbefestigungsmechanismus einen Drehmechanismus zum Drehen der Mutter in eine Richtung umfasst, so dass die Mutter befestigt ist; und der Werkzeuglösemechanismus einen Drehmechanismus zum Drehen der Mutter in eine Richtung umfasst, so dass die Mutter gelöst ist.
  6. Bearbeitungsmaschine, die die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einen Bearbeitungsmaschinenaufbau aufweist, der einen Bearbeitungsbereich aufweist, in dem die Spindel bewegt werden kann, wobei der Bearbeitungsbereichsraum ein Fenster in einer Wand aufweist, die an die automatische Werkzeugwechselnde Vorrichtung angrenzt, wobei die Werkzeugeinspanneinheit und die Werkzeugausspanneinheit der automatischen Werkzeugwechselnden Vorrichtung in den Bearbeitungsbereichsraum durch das Fenster hineinragen können, und das Fenster mit einer Klappe versehen ist, die geöffnet und geschlossen werden kann.
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