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Werkzeugmaschine mit automatischem Werkzeugwechsel Die Erfindung betrifft
eine Werkzeugnaschine mit automatischen Werkzeugwer.haelg mit einem die Werkzeuge
enthaltenden und mit der Werkzeugepindel auf einem gemeinsamen Schlitten angeordneten
Magazing bei der das Magazin über der Spindel angeordnet ist und die Werkzeuge senkrecht
zur Spindelachne gerichtet hält# und ein Greifer-Wechselnechanismus vorgesehen ist.
Eine solche Werkzeugmasohine ist bekannt (TZ 1962; H 29 S- 51/52).
Es
ist ferner eine Werkzeugmaschine mit automatischem Werkzeugwechsel bekannt, bei
der nur eine einzi , ge Arbeiteapindel vorgesehen istg die jeweils zum Wechseln
zu einen in x- und y-Richtung mitfahrenden Magazin zurückfährtg das mit einem Doppelgreifer-Wechselmechanismus
ausgestattet istg der gleichzeitig das in der Arbeitej3pindel"befindliche Werkzeug
und das neu in die Arbeitaspindel einzusetzende Werkzeug in Magazin ergreift und
diene gegeneinander auswechselt. Durch das Zurückfahren der Arbeitsspindel
zum Magazin und die deshalb nach dem Werkzeugwechsel erneut erforderliche Zustellbewegung
geht ein beträchtlicher Teil den durch den.Doppelgreifer erzielten Zeitgewinne
wieder verloren# ein Mitlaufen den
Magazins mit der Arbeitsspindel in z-Richtung
ist nicht mögliohp weil die Werkzeuge unmittelbar vor den Ergreifen duroh
den Auswechselmechanismus vor der Spindel liegen müssen* In der Normallage sind
zwar die Werkzeuge bei der bekannten Maschine um 90 0 aus der Spindelachnenrichtung
herausgesohwenkt» trotzdem würde aber das Magazing
falle es in z-Richtung
mitfahren würdeg zu weit vorragen und die Bearbeitung stören. - Ausserdem
ist mit einem Doppolgreifer-Wechselmechanismus noch ein prinzipieller Nachteil verbunden.
Das aus der Spindel herausgenommene, bisher zur Bearbeitung benutzte Werkzeug wird
grundsätzlich an die Stelle den aus den Magazin herausgeholteng für
die neue Bearbeitung benötigten Werkzeuges gesetzt, also an einen anderen Platz
im Magazin als es vorher inne hatte.
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Es ist deshalb nicht möglich, die gesamte Steuerung der Maschine
auf di e Bezeichnung der einzelnen Magazinplätze abzustellen, vielmehr müssen die
einzelnen Werkzeuge in geeigneter Weise gekennzeichnet werden. Diese Kennzeichnung
der einzelnen Werkzeuge muss abgefühlt werdeny damit das richtige Werkzeug an die
vorgesehene Stelle kommt, und dazu ist eine aussergewöhnlich präzise Anordnung der
Werkzeuge im Magazin erforderlich. Das Magazin muas deshalb sehr präzise gebaut
und so erschütterungsfrei wie nur irgend möglich angeordnet werdeng und das bedeutet
einen beträchtlichen Aufwand, insbesondere wenn eng wie zur Erzielung kurzer Nebenzeiteng
d.he eines schnellen Werzeugwechsels, erforderlich, soweit wie möglich die Spindelbewegungen
mitmachen muss. Weiter muss zum Aussuchen des nächstfolgenden Werkzeuges in aller
Regel der grösete Teil der gespeicherten Werkzeuge abgetastet werdeng und bei kurzen
Bearbeitungsgängeng die beispielsweise bei der Leichtmetallbearbeitung häufig vorkommeng
wird auch hierzu meist mehr Zeit benötigty als für die eigentliche Bearbeitung.
Durch die Erfindung soll eine Werkzeugmaschine mit automatischem Werkzeugwechsel
verfügbar gemacht werdeng bei der die Nachteile der bekannten Maschinen nicht auftreten.
Ausgehend von der eingangs erwähnten Maschine wird diese Aufgabe erfindungsgemäas
dadurch gelöst, daß der Greifer nach den Erfassen eines in die Spindel einzusetzenden
Werkzeuges diesen in Richtung der Spindelachse aus dem Magazin ineiner Tranzlationsbewegung
herausführty dann in einer Schwenkbewegung in die Spindelachae schwenkt und schliesolich
wieder in einer Trannlationabewegung in die Spindel einschiebt. Dank der Tranalationsbewegungen
den
Greifern in Richtung der Spindelachse können die Werkeuge in der Ruhentellung so
weit hinter den ßpindelkopf zurückgeetzt liegen, daß das Magazin beim Bearbeitungsvorgang
nicht stört, auch wenn es sämtliche Spindelbeweguagon mitmacht. Die Zange
den Greifern braucht lediglich federnd in die Schlionntellung gedrängt zu
seing dann ist eine spezielle Steuerung hierfür nicht erforderlich. Zu brauchen
auch keine komplizierten Halterungen für die Werkzeuge in Magazin vorgesehen zu
- seing dieg wie bei der erwähnten bekannten Xanchinet dazu geeignet eindg
die Werkzeuge vor den
Wechselvorgang in eine Lage parallel zur Spindel zu
schwenken, es genügt völlig, wenn jeden Werkzeug mit einen Werkzeughalter versehen
istg der mit einer Zylinderfläche in einer Aufnahneaussparung in Magazin sitzt.
Das Werkzeug und der zugehörige Halter können dann als Einheit angesehen
und behandelt worden# in folgenden ist deshalb Immer nur von "Werkzeug"
die Rede, obwohl immer Werkzeug und Halter gemeint a inde Wenn das
Werkzeug fest in der Arbeiteepindel sitzt, kann eine Öffnung
der Zange durch
eine einfache Relativbewegung zwischen Zange und Werkzeug herbeigeführt wordeng
wann die Zange den Greifers mit einer Konusfläche versehen istu die mit einer
entsprechenden Konusfläche unter der Zylinderfliche den Werkzeughaltern in
Sinne einer Öffnung der Zange zusammenwirkt, und an den sich eine weitere
Zylinderfläche mit entsprechend kleineren Durchmesser anachlienntg an der die Zange
angreift. Aus dem so erzielten kleineren Durchmesser der Zylinderfläche, an der
die Zange angreiftg ergibt sich noch der zusätzliche Vorteil, daß die Zange sehr
schmal gehalten worden kann# no daß der Abstand der Werkzeuge voneinander in Magazin
sehr klein gehalten werden kanng woduroh die Speicher£apazität den Magazin*
bei relativ kleinen Durchmesser sehr gross gewählt worden kann.
Die
Federkraft der Greiferzange ause selbst-verständlich so bemessen seing daßgdas Werkzeug
in jeder vorkommenden Lage mit Sicherheit gehalten wird. Im Magazin brauchen die
Werkzeuge aber nur verhältnisnäseig leicht gehalten zu werden, bei horizontal angeordneten
Magazin genügt praktisch die Auflagekraft der Werkzeuge auf den Magasintischy
evtl. verbunden mit einer leichten Klemafederung. Eine solche leichte Halterung
reicht natürlich nicht aung die Zange zu öffneng wenn der Greifer auf das Werkzeug
zufährtg und zweckmännigerweise ist deshalb der die Zange tragende Teil
den Greifern mit zwei Rollen veroeheng die mit entsprechenden Nocken an den
Zangenbacken im Sinne einer Öffnung
der Zange zusammenwirken. Die vom Greifer
geforderten Bewegungen können konstruktiv an einfachster dadurch herbeigeführt werden#
daß der Greifer schwenkbar auf einen in Richtung der Spindelachne verechiebbaren
Schlitten gelagert ist# der, eine in der gleichen Richtung verschiebbare Zahnstange
trägty die mit einen fest mit den Greifer verbundenen Ritzel kämmt. Durch gradlinige
Verschiebung den Schlittens oder der Zahnstange können dann die ge-
forderten
Bewegungen ausgeführt werdeng ohne daß weitere Teile bewegt werden müssen@ Zum getrennten
Antrieb des Greiferechlittens und der Zahnstange sind zweckulanigerweine zwei gleichacheig
hintereinander ange"nete H.T-draulikkolben vorgesehen& Hydraulikateuerungen
haben sich für Werkzeugmanohinen als an besten geeignet gezeigt, ein besonderen
Problem dabei ist aber die ]Crzielung von Zwischenstellungen und/oder der Übergang
zu verschiedenen Arbeitageachwindigkeiten und Betätigungekräften. Diesen Problem
wird gemänn einen weiteren Erfindungegedanken dadurch gelöstg daß in Greiferechlitten-Kolbenzylinder
zwei Ringkanäle zur Druckmittelzuleitung vorgesehen eindy deren Abstand gleich der
Kolbenlängs isty natürlich neben den üblichen DruckiLittelzu- und -ableitunger an
den beiden Zylinderenden.
Der Greifer-Wochnelnechanismus kann an
eich an beliebiger,Stelle angeordnet seing en kommt lediglich darauf eng
daß die Trannlatioibebewegungen in Richtung der Spindelachse erfolgent was beispielsweise
bei Verwendung von Hydraulikkolben erfordertg daß die Hydraulikzylinder parallel
zur Spindelachne liegen. Als besondere raumsparend erweist sich
jedoch eine Konstraktiong bei der der Greifer-Wechselnachaniemua zwischen
den Magazin und der Spindel angeordnet ist. Damit wird der freie Raum innerhalb
den Magazins an günstigsten ausgenutzt. Der erfindungsgemässe automatische
Werkzeugwechael ist sowohl bei einer einzigen Spindel als auch bei einer Werkzeugmaschine
mit zwei um 180 0 vernetzten Spindeln, die z*B. in einen Revolverkopf sitzen
könneng anwendbar. In diesen letzteren Falle hat zweckmässigerweine das Magazin
die Form einer Tro»el, die um die gleiche Achse rotiert, um die die beiden Spindeln
verechwenkbar sind. Grundsätzlich ist der erfindungegemänne Greifer-Wechselnechanismun
dazu geeignotg das Werkzeug in jeder beliebigen Spindel von mehrereng die beispielsweise
in einen Revolverkopf eitzeng auszuwechseln. Z.B« ist der Greifer-Weohnelnechanismun
bei einer bevorzugten Ausführungefon. zur Auswecholung den Werkzeugen in
der den Werkstück abgewandten Spin-del angeordnet. Wenn
en erwünscht istg beispielsweise bei einen 6-fach-Revolverkopfp fünf feste
Werkzeuge zu verwendeng kann aber auch analog zur Einspindeleaschine der Greifer-WochBelnechanismus
so angeordnet seing daß das Werkzeug in der den Werkatück zuweisenden Spindel
ausge-
wechselt wird. Die Erfindung soll en Hand den in der
Zeichnung dargestellten Ausführungebeispieln näher erläutert werdeng en zeigens
N
Fige 1 eine Rückannicht einer'orfindungegemännen Werkzeugnaschineg
wobei der Aufspanntiech nicht in voller Länge dargestellt ist;
Fige
2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Maschine nach Fige 3 eine
Aufsicht auf eine Maschine ähnlich der nach Fig. 19 jedoch mit zwei Bearbeitungsaggregaten
auf beiden Seiten des Aufspanntisches; Fig- 4 eine vollständige Aufsicht auf eine
Maschine ähnlich der nach Fig. 1 mit zwei Rundschalttischen; Fig-
5 einen vertikalen Teilschnitt durch das Magazin und den Revolverkopf der
Maschine nach Fig. 1;
Fige 6 einen waagerechten Schhitt in teilweise
weggebrochener Darstellung längs der Linie VI-VI in Fig- 5;
Fige
7 schematisch die Greiferbewegung beim Einsetzen eines Werkzeuges in die
Spindel; und Fige 8 die Greiferbewegung beim Herausnehmen eines Werkzeuges
aus der Spindel. Die in Fige 1 und 2 dargestellte Werkzeugnaschine besteht
aus einen Aufepanntioch 11, einen zusammengesetztenWerkzeugschlitten 12 und
einen Bearbeitungsaggregat 15.
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Das Bearbeitungsaggregat 13 besteht aus einem 6-fach-Revolverkopf
14, der zwei um 180 0 versetzte Spindeln 15 und 16 trägty deren
Werkzeuge automatisch ausgewechselt werden könneng und vier weitere Spindeln
17,
189 199 20 (Fig. 4) für schwierigere und einen automatischen Auswech-'
solvorgang nicht oder zumindest nicht ohne weiteres zugängliche Werkzeuge, wie Plandrehk
öpfeg Vielepindelbohrk öpfeg schwere Präser oder dergleichen.
Auf
dem Revolverkopf 14 und um die gleiche-Icheo wie dieser drehbar sitzt ein Magazin
21 für in die Spindeln 15 bzwe 16 einzuaetztende Werkzeuge. Das Magazin
besteht in wesentlichen aus einer drehbar ge-
lagerten Tragplatte 22 (vgl*
Fig- 5 und 6) mit Aussparungen wie 23
an landp in die
Werkzeughalter mit einer Zylinderfläche derart singeschoben worden können# daß ein
werkzeugneitig vor der Zylinderfläohe angeordneter Flansch 24 auf der Oberseite
der Platte 22 aufliegt und der Werkzeughalter und damit das darin.eitzende Werkzeug
no gehalten worden* Zusätzlich ist noch eine nicht näher dargestellte schwache Klenafederung
vorgesehen. Wenn das Magazin nicht, wie in dargentellten Ausführungebeiapiel, um
eine vertikale Achse rotiert, d.he wenn die Oberseite der Platte 22 nicht in wesentlichen
waagerecht liegt, zu49 selbstverständlich eine zusätzliche Halterung vorgesehen
werdeng die aber in einfachsten ?alle durch eine entsprechende Verstärkung
der Irlomfederung erzielt worden kann.
Unterhalb den Halteteilen ist
an jeden Werkzeughalter ein 45 O-Konun 25 vorgesehen# an den sich
ein zylindrischer Teil 26 anachlionst, der entsprechend kleineren Durchmesser
hat und an den der später zu be-
schreibende Greifer angreift.
- Weiter abwärts ist an Werkzeughalter eine Verzahnung 27 und
ein Aufspannkegel 28 ausgebildotg die zum Einspannen in die Spindel dienen. Der
Kürze halber werden in folgenden Werkzeug und Kalter wieder als Einheit betrachtet
und soweit wie möglich einfach *la Werkzeug bezeichnete Mittig,unter der Magszinplatte
22 ist ein Greifernochaniaaus angeordnet, dessen Bewegungerichtung parallel zur
Achse der Spindeln15 und 16 verläuft. Diener Greifernochanismus besteht aus
einer Zange 299
die mit einer Feder 30 in die Schliesstellung gedrängt
wird und die um eine Wolle 31 schwenkbar in einen Schlitten 32 gelagert
ist. An der Wolle 31 sitzt ein Ritzel 339 das mit der Zange 29 drobfest
verbunden ist und mit einer Zahnstanae 34 kämmt, deren von der Zange 29 wegweinenden
Ende als Kolben 35 ausgebildet istg der in einen Zylinder
36
im Schlitten 32 verschiebbar ist. Den Zylinder 36 wird Druckmittel'
durch die hohl ausgebildete Kolbenstange 37 einen hydraulischen Kolbens
38 zugeführtg der fest mit den Schlitten 32 verbunden ist
und
in einem Zylinder 39 verechiebbar ist* Der Ihmaknittelablaus
des
Zylinders 36 ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt;
der hohlen Kolbenstange 37 wird Druckmittel über ein in dieser voraohiebbaren
Rohr 40 zugeführt9 dessen Zuleitung der Übersichtlichkeit halber ebenfalls nicht
dargestellt ist.
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Der Zylinder 39 weist ebenfalls an beiden Enden Zuleitungen
aufi die der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind, dazu aber zwei Ringkanäle
41 und 42, an die Zuleitung« 43 und 44 angeschlossen sind. Zum Einsetzen einen Werkzeugen
in die Spindel 15 wird zunächst aus
der nicht dargentellten Zuleitung
Druckmittel in den Zylinder 39
gegebeng das auf der anderen Seite
den Kolben* 38 vorhandene Druckmittel kann durch die nicht dargestellte
Zuleitung an anderen Ende
den Zylindern ausströmen. Die AbflüSse
43 und 44 sind geschlossen" Zuna»en mit den Kolben 38 wird
die Zelbenntange 37 und'damit der Schieber 329 der die Zange trägtp
vorgeschobeng so da& diese den in Fig. 7 mit 0 - II bezeichneten
Weg zurücklegte Auf diesem Wege
wird die Zange 29 an zwei Rollen
45 und 46 vorbeigeführtg die mit locken 479 48 an den beiden Backen
der Zange 29 zuammenwirkeng na
daß diene gegen die Wirkung der Toter
30 im einem bestimmt« Betrag geöffnet wirdv so daß sie über die Zylinderf1Kehe
26 den Werkseughalters greifen kann. Zunamen mit dem Werkzeug wandert
die Zeage tg dum in ihrer Trannlationebewegung 0 - II weiterg dabei laufen,
die locken 47 und 48 an den-Rollen 45 und 46 vorbei# na dai sieh die
Zenge wieder achlieset. An l"punkt der Zuageabewo«ung 0 - II befindet
sich das
Werkzeug in der in Tig- 5 etrichpunktiert dargestellten ßtellung
119 ,die zugehörige Zangenstellung ist der Übersichtliehkeit halber nicht mitgezeichnet.
Nach
Erreichen der Endetellung II wird durch die nicht dargestellte Zuleitung in Schlitten
32 Druckmittel in den Zylinder 36 gegeben, so daß der Kolben
35 aus der in Pig- 5 und 6 dargestellten Stellung nach linke
wandert. Über das Ritzel 33 wird dann die Zange 29 mit dem Werkzeug nach
unten geschwenkt, wie in Fig- 7 durch die Strecke II - III dargestellt.
Das Werkzeug nimmt dann eine Lage in der Achse der Spindel 15 ein. Anschliessend
wird duro'h die nicht dargestellte Zuleitung am rechten Ende des Zylindern
39 Druckmittel in diesen eingepumpt. Die nicht dargestellte Abflusaleitung
an linken Ende den Zylinders 39 ist dann geschlossene Das abflionsende
Öl kann über den Ringkanal 42 und Abfluss 44 ausströmen* Sobald der Kolben
38 den Ringkanal 42 erreicht, wird dieser geschlossen und dabei Ringkanal
41 und Abfluns 43 durch den Kolben 38 geöffnett so daß das Druckmittel
Im Zylinder 39 durch den Abfluns 43 abfliessen kann. Der Kolben
38 bleibt in der zugehörigen Stellung stehen, d.h. die Bewegung entspricht
den Bewegungeteil III - IV in Fig- 7-
Bei dieser Bewegung wird
der Konun 28 in die Spindel 15 eingeschoben, die sich dabei langsam clrehtg
so daß die Auenenverzahnung 27 in eine entsprechende Innenversahnung der
Spindel ohne weiteren eintreten kann. Die zu den Bewegungszeitpunkten II und III
erreichten Stellungen den Werkzeugen und der Zange sind in Fig- 5 strichpunktiert
dargestellte Nach dem Festopannen den Werkzeuge@ in der Spindel
15 wird durch die nicht dargestellte Zuleitung In Rohr 40 und die
hohle Kolbenstange 37 Druckmittel in die linke Seite den Zylindern
36 gegebeng so daß der Kolben 35 und damit die Zahnstange 34 nach
rechte läuft und über das Eitzel 33 die Zange 29 nach oben schwenktg wie
durch den gestrichelten Bewegungsteil IV - I in Fig. 7 angedeutet.
Dabei wird die Greifzange 29 mit der Konunfläche 49 über den Gegenkonun
25
geöffnet.
Nach Beendigung dieses Schwenkvorgange IV
- I wird die nicht dargestellte Zuleitung in linken Ende den Zylinders
39 geöffnety so daß der Kolben 38 nach linke wandern kann;-dabei wird
die Zufuhr von Druckmittel auf der rechten Seite den Kolbens 39 wied(##r
aufgenommen und die Zange wandert wieder in die in Fig- 5 und 6 dargestellte
Ru helage zurück, entsprechend den Bewegungsteil I - 0 in Fig.
7. Der Einsetzvorgang für ein Werkzeug ist beendet und der Bearbeitungsvorgang
mit dem Werkzeug kann beginnenp in Falle des dargestellten Aus-0 führungsbeispiels
nach Schwenken den Revolverkopfes 14 um 180
Soll ein Werkzeug aus der
Spindel 15 wieder herausgeholt und in das Magazin eingelagert werdeng so
wird zunächst das Magazin so gedrehtg daß die diesem Werkzeug entsprechende Aussparung
239 die jetzt leer istg über der Spindel 15 steht, danach wird Druckmittel
auf die linke Seite des Kolbens 38 gegeben, der Abfluss des Druckmittels
auf der rechten Seite des Kolbens 38 erfolgt über den Ringkanal 41 und den
Auslaso 439 so daß nach Erreichen des Ringkanals 41 der Abfluss aufhört und
der Kolben 38 stehen bleibt, d.h. wenn die Translationsbewegung
0 - I gemäse Fig. 8 durchgeführt ist. Danach wird auf die bereits
oben beschriebene Weise die Zange 29 in einer Bewegung I - IV (Fig.
8) nach unten in die in Fig, 5 mit strichpunktierten Linien dargestellte
Stellung IV geschwenktg beim Erreichen des Werkzeuges wird dabei die Zange durch
Zusammenwirken der Zylinderflächen des Werkzeughaltero und Schrägflächen
50 an den dann unten liegenden Enden der Zange 29 gegen die Wirkung der Feder
30 geöffnet und greift über den Werkzeughalter. Während dessen wird die Verspannung
des Werkzeuges in der Spindel 15 gelöst. Nach endgültiger Lösung der Verspannung
in der Spindel 15 wird der nicht dargestellte Abfluss am
rechten Ende
des Zylinders 39 geöffnett so daß der immer noch auf der linken Seite des
Kolbens 38 wirksame Druck den Kolben 38 bis zum rechten Ende des Zylinders
nach rechte verschieben kann. Das entspricht der Tranalationabewegung IV
- III in Fig. 8, mit der das Werkzeug aus
der Spindel
15 herausgezogen wird* Danach erfolgt auf die bereits beschriebene Weine
das Nochschwenken der Zange 29 mit den Werkzeug. Nach lohen der Stellung
11 wird ]Druckmittel auf die rechte Seite den Kolbens 38 gegeben
und die nicht dargestellte Zuleitung auf der linken Seite wird vollständig
geöffattg so daß der Kolben 38
bia zum linken Bade den Zylindern
39 wandern lranrig d.h. die Zange 29 die volle Translationabewegung II
- 0 durohführen kann* ]Dabei wandern die Nocken 479 48 der Zange 29 wieder
an den Rollen 45, 46 vorbeig wodurch die Zange geöffnet wirdp nobald das Werkzeug
in der zugehörig« Auseparumg 23 angelangt Ist# und die Zange dienen Werkzeug
freigibtg so daß anachlionnend das X& gas in auf eine andere Stellung
gedreht worden Iranng in der In einer meuen Minsetzbewegung der Greifer ein anderen
Werkzeug ergreifen und auf die beschriebene Weine in die SPindel 15 einsetzen
kann-