DE102006058028A1

DE102006058028A1 - Werkzeugwechsler

Info

Publication number: DE102006058028A1
Application number: DE102006058028A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Hahl
Original assignee: HPI DIE MASCHB ER GmbH; HPI DIE MASCHINENBAUER GmbH
Current assignee: Wassermann Technologie De GmbH
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: DE102006058028B4

Abstract

Bei einem kurvenscheibengesteuerten Werkzeugwechsler für eine Bearbeitungsmaschine werden die zu wechselnden Werkzeuge von einem Werkzeuggreifer (5) mit einem Greifermaul (11) erfasst, das über eine Kusses arbeitet. Die Klinke ist dazu in eine Klemmlage, bei der das Werkzeug in dem Greifermaul (11) gehalten wird, federnd vorgespannt. Mit einer solchen Klinke (12) kann aber nicht immer verhindert werden, dass sich das Werkzeug im Greifermaul (11) verkantet. Um dies zu verhindern, ist eine Verriegelung für die Klinke (12) vorgesehen, wobei die Mittel zum Verriegeln der Klinke von einer Kurvenscheibe (7) gesteuert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkzeugwechsler mit einer Zentralwelle, auf der verschiebbar aber drehfest wenigstens ein Werkzeuggreifer vorgesehen ist, der ein Greifermaul und eine Klinke zum Halten des zu wechselnden Werkzeuges in dem Greifermaul aufweist, wobei zum Einsetzen bzw. Entfernen des Werkzeuges in die bzw. aus der Aufnahme eines Werkzeugmagazins bzw. einer Bearbeitungsmaschine der Werkzeuggreifer eine Hubbewegung in Längsrichtung der Zentralwelle und die Zentralwelle eine Drehbewegung um ihre Längsachse ausführt, wobei die Hubbewegung von einer ersten Kurvenscheibe gesteuert wird.
Ein derartiger Werkzeugwechsler ist in der US 6,090,026 beschrieben. Die Klinke ist federbelastet und hält das Werkzeug im Greifermaul des Werkzeuggreifers. Die Federwirkung ist aber gerade so groß, dass sich das Werkzeug selbsttätig aus dem Greifermaul lösen kann, wenn es in die Spindel der Bearbeitungsmaschine bzw. in die Aufnahme eines Werkzeugmagazins eingesetzt wurde und sich der Werkzeuggreifer wieder entfernt. Wenn der Werkzeugwechsler zum Wechseln schwerer Werkzeuge dienen soll, tritt das Problem auf, dass sich die Werkzeuge wegen ihres Gewichtes gegen die auf die Klinke einwirkende Federkraft im Greifermaul verkanten und in Folge schräg in die Spindel der Bearbeitungsmaschine eingesetzt werden, was zu Fehlbearbeitungen führt.
Es sind auch schon Systeme bekannt, die eine Verriegelung der Klinken vorsehen, wobei die Verriegelung durch die Hubbewegung gesteuert wird. Dies hat aber den Nachteil, dass mit Beginn einer Hubbewegung die Verriegelung noch nicht vollständig greift, so dass es in der Anfangsphase der Hubbewegung noch zu Verkantungen kommen kann.
Die Erfindung beruht somit auf dem Problem, einen Werkzeugwechsler so weiter zu entwickeln, dass auch schwere Werkzeuge in genauer Lage und Ausrichtung dem Werkzeugmagazin entnommen und einer Bearbeitungsmaschine übergeben werden können. Insbesondere sollen Verkantungen in der Anfangsphase der Hubbewegung vermieden werden.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass bei einem Werkzeugwechsler gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 der Klinke eine zweite Kurvenscheibe zugeordnet ist, die ein Einwirken auf die Klinke erlaubt.
Die zweite Kurvenscheibe erlaubt es, so auf die Klinke einzuwirken, dass die Haltekraft der Klinke verstärkt wird.
Die Einwirkung kann auf verschiedene Weise erfolgen, im Allgemeinen wird es aber ausreichen, dass die Klinke in eine Klemmlage, bei der das Werkzeug in dem Greifermaul gehalten wird, federnd vorgespannt ist und in der Klemmstellung verriegelbar ist, wobei die Mittel zum Verriegeln der Klinke von der zweiten Kurvenscheibe gesteuert sind. Dabei sind die Steuerkurven der ersten und der zweiten Kurvenscheibe so aufeinander abgestimmt, dass die Klinke während einer Hubbewegung verriegelt ist.
Außerdem kann die Steuerkurve der zweiten Kurvenscheibe so ausgelegt sein, dass die Verriegelung schon vollzogen ist, bevor die Hubbewegung einsetzt.
Eine solche Ausgestaltung hat zur Folge, dass insbesondere bei der Entnahme eines Werkzeuges aus dem Werkzeugmagazin das Werkzeug durch die Verriegelung sicher in ei ner zentrischen Position im Greifermaul gehalten wird, bevor es aus dem Magazin herausgezogen wird. während der Drehbewegung der Zentralwelle, um das Werkzeug vor die Spindel der Bearbeitungsmaschine zu bringen, und beim Einsetzen des Werkzeuges in die Spindel bleibt die Klinke verriegelt. Erst wenn das Werkzeug wieder in der Spindel fixiert ist, löst sich die Verriegelung, so dass sich der Werkzeuggreifer vom Werkzeug lösen kann, indem die Klinke nachgibt.
Erfindungsgemäß bestehen die Mittel zum Verriegeln der Klinke aus einer parallel zur Zentralwelle angeordneten und parallel zur Zentralwelle verschiebbaren Stellstange mit einem Verriegelungskopf. Der Verriegelungskopf wirkt z. B. mittels einer Betätigungsstange derart auf die Klinke ein, dass diese sich nicht aus ihrer Klemmstellung bewegen kann und damit in der Klemmstellung verriegelt ist. Befindet sich der Verriegelungskopf allerdings neben dem Ende der Betätigungsstange, kann diese sich der Stellstange nähern und damit der Klinke erlauben, das Greifermaul freizugeben.
Um ggf. die Klinke gegen ein schon verkantetes Werkzeug zu drücken und dieses dadurch auszurichten, ist der Verriegelungskopf mit einer Rampe versehen.
Vorzugsweise wird in der Grundstellung der Verstellmittel die Klinke verriegelt. Dazu ist die Stellstange durch eine Feder in eine Lage vorgespannt, in der der Verriegelungskopf sich in einer Lage in Bezug zur Klinke befindet, in der die Klinke verriegelt ist.
In der Regel ist der Werkzeugwechsler mit wenigstens zwei Greiferarmen mit je einem Werkzeuggreifer versehen, so dass synchron ein Werkzeug der Bearbeitungsmaschine und ein zweites Werkzeug dem Werkzeugmagazin entnommen werden kann. Die Greiferarme sind gegenüberliegend an einem Zentralkörper angebracht, wobei jeder Werkzeuggreifer mit jeweils einer Stellstange zusammenarbeitet. Um beide Stellstangen gleichzeitig betätigen zu können, liegt jede Stellstange an einer koaxial zur Zentralwelle angeordneten äußeren Stellscheibe an. Es sind auch Systeme bekannt, bei denen mehrere Greiferarme vorgesehen sind, die gleichmäßig auf dem Umfang des Zentralkörpers verteilt angeordnet sind.
Die Stellscheibe wird wiederum von an der Stellscheibe anliegenden Stiften, die durch Bohrungen in der äußeren Lagerschale der Zentralwelle hindurchgeführt sind, betätigt. Die Steuerung zur Betätigung der Verstellmittel kann somit im Inneren des Gehäuses des Werkzeugwechslers angeordnet sein.
Dazu liegen die Stifte an einer inneren Stellscheibe an, die von einem Stellhebel in einer zur Zentralwelle parallelen Richtung bewegbar ist, wobei der Stellhebel an der zweiten Kurvenscheibe anliegt.
Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
1a einen Längsschnitt durch einen Werkzeugwechsler mit verriegelbare Werkzeuggreifer aufweisenden Greiferarmen, die schwenkbar und verschiebbar auf einer aus einem Gehäuse des Werkzeugwechsler hervorstehenden Zentralwelle gelagert sind und sich in einer zurückgezogenen Position nahe dem Gehäuse befinden,
1b einen Längsschnitt entsprechend der 1a, wobei die Greiferarme eine Hubbe wegung auf der Zentralwelle ausgeführt haben und sich damit in einer auf der Zentralwelle vorgeschobenen Position entfernt vom Gehäuse befinden,
2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht auf die Greiferarme mit den Werkzeuggreifern und
3 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkungsweise von Steuerkurven zur Hubbetätigung der Greiferarme und zur Werkzeuggreiferverriegelung.
Es wird zunächst auf die 1a und 1b Bezug genommen. Der Werkzeugwechsler besteht aus einem Gehäuse 1, an dem seitlich eine Zentralwelle 2 herausragt. Auf der Zentralwelle 2 befindet sich verschiebbar, aber drehfest gelagert ein Zentralkörper 3, von dem diametral zwei Greiferarme 4 abstehen, an deren Enden sich je ein Werkzeuggreifer 5 befindet.
In dem Gehäuse 1 befindet sich ein nicht näher dargestelltes Getriebe, mit dem die Rotation der Ausgangswelle eines außen am Gehäuse 1 angeflanschten, hier nicht näher dargestellten Motors auf die Zentralwelle 2 übertragen wird. Der Motor treibt außerdem wenigstens zwei Kurvenscheiben 6, 7 an, wobei die erste Kurvenscheibe 6 einen ersten Stellhebel 8 betätigt, der einen mit dem Zentralkörper 3 gekoppelten Schieber 10 betätigt, der in Abhängigkeit von der Auslegung der Steuerkurve der ersten Kurvenscheibe den Zentralkörper 3 auf der Zentralwelle 2 eine Hubbewegung ausführen lässt, durch die der Zentralkörper 3 zwischen der zurückgezogenen Position (siehe 1a) und der vorgeschobenen Position (siehe 1b) hin und her geschoben wird. Eine dritte, hier nicht näher dargestellte Kurvenscheibe steuert die Drehbewegung der Zentralwelle 2 in bekannter Weise.
Die zweite Kurvenscheibe 7 betätigt einen zweiten Stellhebel 9, der weiter unten zu beschreibende Stellmittel zum Verriegeln des Werkzeuggreifers betätigt.
Wie der 2 zu entnehmen ist, besteht ein Werkzeuggreifer aus einem Greifermaul 11, dessen Öffnungswinkel sich über etwas weniger als 180° erstreckt. Bei einer Schwenkbewegung der Greiferarme 4 umgreift das Greifermaul 11 den Schaft eines Werkzeuges seitlich, bis der Schaft am Innenrand des Greifermauls 11 anliegt. Um das Werkzeug im Greifermaul 11 zu fixieren, ist eine als Schnappverschluss wirkende Klinke 12 vorgesehen. Der Kopf der Klinke 12 verlängert das Greifermaul 11 in Umfangsrichtung, so dass das Greifermaul 11 zusammen mit dem Kopf der Klinke 12 den Schaft des Werkzeuges über mehr als 180° zu umschließen vermag. Die Klinke 12 ist dazu gegen die Kraft einer Klinkenfeder 13 derart verschiebbar gelagert, dass beim Erfassen des Schaftes des Werkzeuges sie zunächst vom Schaft gegen die Kraft der Klinkenfeder 13 zur Seite gedrängt wird, um die Öffnung des Greifermauls 11 freizugeben, und zurückschnappt, sobald der Schaft vollständig in das Greifermaul 11 eingetaucht ist. Dazu stützt sich die Klinke 12 mit ihrer vom Greifermaul abgewandten Seite an einer von der Klinkenfeder 13 in Schließrichtung belastende Betätigungsstange 14 ab, die in Längsrichtung durch den jeweiligen Greiferarm 4 verläuft.
Die Kraft der Klinkenfeder 13 ist so ausgelegt, dass die Klinke 12 das Werkzeug bei einer Schwenkbewegung der Greiferarme 4 im Greifermaul 11 zu halten vermag, aber nachgibt, wenn das Werkzeug in der Aufnahme eines Werkzeugmagazins oder in der Spindel einer Bearbeitungsma schine gehalten wird, so dass sich der Werkzeuggreifer 5 wieder vom Werkzeug zu lösen vermag. Da daher die Federkraft nicht beliebig groß sein darf, wird die Klinke zusätzlich während des Transports verriegelt.
Dazu wird die Betätigungsstange 14 in der Schließposition gehalten, in der sie die Klinke 12 in das Greifermaul 11 drückt, und an einer Rückbewegung gehindert, so dass damit die Klinke 12 in der Schließposition verriegelt ist. Um dies zu realisieren, ist eine Stellstange 15 mit einem Verriegelungskopf 16 parallel zur Zentralwelle 2 im Zentralkörper 3 angeordnet und von einer Stellfeder 17 in eine Verriegelungsposition vorgespannt, bei der der Verriegelungskopf 16 am rückwärtigen Ende der Betätigungsstange 14 anliegt und somit verhindert, dass diese zurückgleiten kann, um die Klinke 12 freizugeben. Der Verriegelungskopf 16 verfügt dabei über eine Rampe 16a, über die das Ende der Betätigungsstange vor die radial äußere Fläche des Verriegelungskopfes gleitet. Wird die Stellstange 15 gegen die Kraft der Stellfeder 17 in Längsrichtung verschoben, kann die Betätigungsstange 14 sich vor den Verriegelungskopf 16 bewegen und damit zurückgleiten, so dass die Klinke 12 – wie oben beschrieben – als Schnappverschluss arbeiten kann.
Um die Stellstange 15 verschieben zu können, ragt diese aus dem Zentralkörper 3 in Richtung auf das Gehäuse 1 hervor und liegt dort, wenn sich der Zentralkörper in der in 1a dargestellten zurückgezogenen Position befindet, an einer koaxial und senkrecht zur Zentralwelle 2 angeordneten äußeren Stellscheibe 18, die über Stifte 19 mit einer inneren Stellscheibe 20 im Inneren des Gehäuses 1 gekoppelt ist. An der Außenseite der äußeren Stellscheibe befindet sich noch eine Anlaufscheibe 21.
Gemäß den 1a und 1b wird die innere Stellscheibe 20 von einem zweiten Stellhebel 9 in Richtung auf die Gehäusewand gedrückt, so dass die äußere Stellscheibe 18 sich ein kurzes Stück von dieser entfernt. In dieser Position drückt sie – wenn sich der Zentralkörper 3 in der zurückgezogenen Position befindet – die Stellstange 15 gegen die Kraft der Stellfeder 17 in eine Freigabeposition, so dass sich die Betätigungsstange 14 ggf. am Verriegelungskopf 16 vorbei bewegen kann, wodurch die Klinke 12 als normaler Schnappverschluss agiert, was es erlaubt, einen Werkzeugschaft gegen die Vorspannkraft der Klinkenfeder 13 in das Greifermaul 11 des Werkzeuggreifers 5 sowohl hineinzudrücken als auch wieder herauszuziehen.
Wenn der zweite Stellhebel 9 zurückbewegt wird, so verlagert sich die innere Stellscheibe 20 im Gehäuse 1 und die äußere Stellscheibe kann sich wieder der Gehäusewand nähern und sich von den Stellstangen 15 entfernen, so dass diese durch die Kraft der Stellfedern 17 in die Verriegelungsposition bewegt werden. Die Position behalten sie auch bei, wenn der Zentralkörper 3 auf der Zentralwelle 2 vom Gehäuse in eine Hubbewegung wegbewegt wird, wie dies in 1b dargestellt ist, da die Stellscheibe 18 nicht mitbewegt wird. Letztlich kommt es aber auf die genaue Lage der Stellscheiben 20 nicht an, solange der Zentralkörper 3 sich ausreichend weit entfernt von dieser befindet.
Um den Zentralkörper 3 auf der Zentralwelle 2 verschieben zu können, besitzt er einen Ring 22, der mit einem Innensteg in eine am Zentralkörper 3 umlaufende Nut eingreift. Der Ring ist über eine Stange 23 mit dem Schieber 10 im Inneren des Gehäuses 1 verbunden. Die Stange 23 ist wegen des gewählten Schnittes in den 1a und 1b nicht vollständig dargestellt.
Der Ablauf eines Werkzeugwechsels ist in der 3 dargestellt. Die 3 zeigt übereinander 3 Diagramme, auf deren X-Achsen jeweils der Drehwinkel der Kurvenscheiben 6, 7 wiedergegeben ist, die sich in einem Zyklus um 360° (K) drehen. K steht für Kurvenscheibe um die Winkelangabe für diese von der für die Drehung der Geiferarme 4 unterscheiden zu können.
Das obere Diagramm zeigt die Hubbewegung der äußeren Stellscheibe. Die eingefahrene Position ist mit 0, die ausgefahrene Position mit 6 (entsprechend einem Hubweg von 6 mm) bezeichnet, in der sie vom Gehäuse 1 entfernt ist.
Das mittlere Diagramm zeigt die Hubbewegung der Greiferarme auf der Zentralwelle. Die Position 0 entspricht der in 1a gezeigten zurückgezogenen Lage, die mit 120 (entsprechend einem Hubweg von 120 mm) bezeichnete Position die in 1b bezeichnete ausgefahrene Lage des Zentralkörpers 3.
Das untere Diagramm gibt die Drehbewegung der beiden diametral vom Zentralkörper 3 abstehenden Greiferarme 4 auf der Zentralwelle wieder, wobei die Winkellagen 90° und 270° Positionen entsprechen, bei denen das Greifermaul 11 mit der Werkzeugaufnahme des Magazins bzw. mit der Spindel der Bearbeitungsmaschine fluchtet.
Zwischen 0 und 85° (K) der Kurvenscheiben 6, 7 befinden sich die Greiferarme 4 in der zurückgezogenen Lage. In diesem Bereich werden die Stellscheiben 18, 20 vorgefahren, so dass sich die Klinken 12 insbesondere im Bereich zwischen 40° und 70° (K) lediglich belastet von der Klinkenfeder 13 frei bewegen können.
Bei einer Kurvenscheibenposition von 70° (K) befinden sich die Greiferarme 4 in der 90°-Position und haben jeweils ein Werkzeug erfasst, bevor aber die Drehbewegung des Greiferarms fortgesetzt wird, werden zunächst die Stellscheiben zurückbewegt, so dass bei 85° (K) die Klinken 11 vollständig verriegelt sind. Erst dann setzt bei 85° (K) die Hubbewegung des Zentralkörpers 3 ein, bei der die von den Werkzeuggreifern gehaltenen Werkzeuge aus den Aufnahmen gezogen werden.
Sobald die Werkzeuge aus der Werkzeugaufnahme bzw. aus der Spindel herausgezogen sind, wird ab 130° (K) der Hubbewegung eine Drehbewegung der Greiferarme überlagert. Kurz danach wird die Hubbewegung bei 140° (K) beendet. Danach wird die Drehbewegung um 180° auf 270° vervollständigt, so dass die Werkzeuge vom Werkzeugmagazin zur Spindel und umgekehrt gewechselt sind.
Danach schließt sich ab 220° (K) die Rückhubbewegung der Greiferarme 4 an. Auch während der Rückhubbewegung befinden sich die Stellscheiben 18, 20 in der Verriegelungsposition 0, so dass sich die Klinken 12 nicht bewegen können, so dass die Werkzeuge unverkantet im jeweiligen Greifermaul 11 gehalten werden. Erst wenn die Hubbewegung bei 275 ° (K) abgeschlossen ist, wird die Stellscheibe wieder auf "6" vorgeschoben und die Verriegelung der Klinken 12 aufgehoben. Dabei drehen sich die Greiferarme um 90° zurück in eine Position, die gegenüber der Ausgangsposition um 180° versetzt ist.

1: Gehäuse
2: Zentralwelle
3: Zentralkörper
4: Greiferarm
5: Werkzeuggreifer
6: erste Kurvenscheibe
7: zweite Kurvenscheibe
8: erster Stellhebel
9: zweiter Stellhebel
10: Schieber
11: Greifermaul
12: Klinke
13: Klinkenfeder
14: Betätigungsstange
15: Stellstange
16: verriegelungskopf
16a: Rampe
17: Stellfeder
18: äußere Stellscheibe
19: Stifte
20: innere Stellscheibe
21: Anlaufscheibe
22: Ring
23: Stange

Claims

Werkzeugwechsler mit einer Zentralwelle (2), auf der verschiebbar aber drehfest wenigstens ein Werkzeuggreifer (5) vorgesehen ist, der ein Greifermaul (11) und eine Klinke (12) zum Halten des zu wechselnden Werkzeuges in dem Greifermaul (11) aufweist, wobei zum Einsetzen bzw. Entfernen des Werkzeuges in die bzw. aus der Aufnahme eines Werkzeugmagazins bzw. einer Bearbeitungsmaschine der Werkzeuggreifer (5) eine Hubbewegung in Längsrichtung der Zentralwelle (2) und die Zentralwelle (2) eine Drehbewegung um ihre Längsachse ausführt, wobei die Hubbewegung von einer ersten Kurvenscheibe (6) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Klinke (12) eine zweite Kurvenscheibe (7) zugeordnet ist, die ein Einwirken auf die Klinke (12) erlaubt.
Werkzeugwechsler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinke (12) in eine Klemmlage, bei der das Werkzeug in dem Greifermaul (11) gehalten wird, federnd vorgespannt ist und in der Klemmstellung verriegelbar ist, wobei die Mittel zum Verriegeln der Klinke (12) von der zweiten Kurvenscheibe (7) gesteuert sind, wobei die Steuerkurven der ersten und der zweiten Kurvenscheibe (6, 7) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Klinke (12) während einer Hubbewegung verriegelt ist.
Werkzeugwechsler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurven der ersten und der zweiten Kurvenscheibe (6, 7) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Klinke (12) unmittelbar vor einer Hubbewegung, mit der die Werkzeuge aus der Aufnahme eines Werkzeugmagazins bzw. einer Bearbei tungsmaschine entfernt werden, verriegelt wird und erst nach Abschluss einer Hubbewegung, mit der die Werkzeuge in die Aufnahme eines Werkzeugmagazins bzw. einer Bearbeitungsmaschine eingesetzt werden, wieder gelöst wird.
Werkzeugwechsler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verriegeln der Klinke (12) eine parallel zur Zentralwelle (2) angeordnete und parallel zu dieser verschiebbare Stellstange (15) mit einem Verriegelungskopf (16) aufweist.
Werkzeugwechsler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungskopf (16) eine Rampe (16a) aufweist.
Werkzeugwechsler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellstange (15) durch eine Stellfeder (17) in eine Lage vorgespannt ist, in der der Verriegelungskopf (16 ) sich in einer Lage in Bezug zur Klinke (12) befindet, in der die Klinke (12) verriegelt ist.
Werkzeugwechsler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellstange (15) an einer koaxial zur Zentralwelle (2) angeordneten äußeren Stellscheibe (18) anliegt.
Werkzeugwechsler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Stellscheibe (18) Stifte (19) anliegen, die durch Bohrungen in der äußeren Lagerschale der Zentralwelle (2) hindurchgeführt sind.
Werkzeugwechsler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (19) an einer inneren Stellscheibe (20) anliegen, die von einem Stellhebel (9) in einer zur Zentralwelle (2) parallelen Richtung bewegbar ist, wobei der Stellhebel (9) an der Steuerkurve der zweiten Kurvenscheibe (7) anliegt.