DE1477501C3

DE1477501C3 - Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung

Info

Publication number: DE1477501C3
Application number: DE1477501A
Authority: DE
Inventors: James Norman West Allis Flannery; Albin John Milwaukee Schabowski
Original assignee: Kearney and Trecker Corp
Current assignee: Kearney and Trecker Corp
Priority date: 1964-02-12
Filing date: 1965-02-12
Publication date: 1979-12-13
Also published as: US3242568A; DE1477501A1; GB1037728A; DE1477501B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, z. B. Bohr- und Fräswerk, nach dem Oberbegriff des

Patentanspruchs 1.

Bei modernen Werkzeugmaschinen ist es in der Regel notwendig, die Werkzeuge in der Werkzeughalterung an der Bearbeitungsstation der Maschine entsprechend einem vorbestimmten" Bearbeitungsprogramm auszutauschen. Dazu ist es bekannt, an der Bearbeitungsstelle selbst einen revolverartig drehbaren Mehrfachwerkzeughalter anzubringen, der durch seine Drehung das erforderliche Werkzeug an die Bearbeitungsstelle

ίο bringt, an der es aus dem Mehrfachwerkzeughalter in Arbeitsstellung ausgeschoben und dabei gegebenenfalls mit dem Antrieb verbunden wird. Nach einer anderen bekannten Anordnung liegt das Werkzeugmagazin außerhalb der Bearbeitungsstelle und wird zum Auswechseln des Werkzeugs an die Bearbeitungsstelle eingefahren, wobei das ausgewählte Werkzeug in eine entsprechende Wechselstellung im Magazin gebracht und gegen das in der Werkzeughalterung liegende, beim vorherigen Arbeitsgang benötigte Werkzeug ausgetauscht wird. Diese bekannten Anordnungen benötigen zwar nur eine einfache Umsetzvorrichtung zum Austauschen der Werkzeuge zwischen Magazin und Werkzeughalterung, jedoch muß an der Bearbeitungs- ■ stelle der vom Magazin wenigstens während des Werkzeugwechsels benötigte Platz vorgesehen werden, wodurch größere Kosten entstehen und die Schwingungsneigung der Maschine durch die notwendigen größeren Stützlängen gefördert wird.

Es ist bereits bekannt, etwa bei einem Bohr- und Fräswerk mit einem am Ständer vorgesehenen Kreuzschlitten zur Aufnahme der Arbeitsspindel sowohl die Werkzeugwechselvorrichtung als auch den Speicher am Spindelkasten vorzusehen. Die Werkzeugwechselvorrichtung ist dabei als ein um seine Schwenkachse ausfahrbarer, doppelarmiger Werkzeugwechselarm mit Greifern ausgebildet, während der Speicher seitlich am Spindelkasten angeordnet die Werkzeuge in die Werkzeugwechselstellung ausklappt. Eine solche Werkzeugmaschine ist nur bei kleineren Speichern praktikabei, da anderenfalls die abzustützenden und zu bewegenden Massen zu groß werden, worunter unter anderem die zu erzielende Fertigungsgenauigkeit leidet.

Es ist auch bekannt, eine Vorrichtung zum Wechseln

von Werkzeugen^: zwischen einem außerhalb der Bearbeitungsstelle an der Maschine festliegenden Speicher und der Werkzeughalterung an der Bearbeitungsstelle zu schaffen, bei der das ausgewählte Werkzeug aus dem außerhalb der Bearbeitungsstation verbleibenden Werkzeugspeicher entnehmbar und zu der Werkzeugwechselvorrichtung an der Werkzeugaufnahmevorrichtung der. Bearbeitungsstation, d. h. der Arbeitsspindel, überführbar ist. Dazu ist es bekannt, das Werkzeug entlang einer am Ständer festliegenden Führung eines Zubringers horizontal und vertikal zwischen der Spindel und dem Werkzeugspeicher zu verfahren. Von einer solchen Werkzeugmaschine wird gattungsgemäß ausgegangen.

Bei Maschinen, bei denen die Bearbeitungsstation, d. h. die Werkzeugspindel, an einem Support liegt, der auf einem Ständer vertikal verfahrbar ist, während andererseits der Ständer entlang dem Maschinenbett in Längsrichtung verfahrbar ist, insbesondere bei sogenannten Langbettmaschinen, ergibt sich dabei eine Schwierigkeit insoweit, als zur Durchführung des Überführvorgangs in der Regel die Werkzeugspindel in einer vorbestimmten Lage zur Wechselvorrichtung und zum Magazin liegen muß. Es muß dabei nicht nur der Support auf die der Überführungsstelle entsprechende

Höhe vertikal am Ständer verschoben werden, sondern auch der Ständer selbst auf seinen Führungen entlang dem Bett in den vorgesehenen Abstand von der Wechselvorrichtung bzw. dem Magazin gebracht werden. Die Verstellung des bei derartigen Maschinen in der Regel außerordentlich schweren Ständers erfordert nicht nur einen erheblichen Zeitaufwand, sondern ergibt auch einen wesentlichen Verschleiß.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Werkzeugwechselvorrichtung für derartige Maschinen so auszubilden, daß ein Werkzeugwechsel in jeder Stellung des Ständers entlang des Maschinenbettes durchgeführt werden kann, d. h., daß ein Verfahren des Ständers entfallen kann, ohne deswegen den Speicher und die Werkzeugwechselvorrichtung am Spindelkästen anbringen zu müssen.

Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 erreicht. Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird also die Führung vom Ständer bei dessen Verschiebung entlang dem Maschinenbett »mitgeschoben« und erstreckt sich in jedem Fall immer zwischen dem Werkzeugspeicher und der Bearbeitungsstation. Es ist daher ein Werkzeugwechsel in jeder Stellung des Ständers möglich, und die durch das Verschieben der Werkzeugwechselvorrichtung entlang der Führung notwendige Zeit ist infolge der wesentlich geringeren zu bewegenden Massen wesentlich kürzer als bei Verschieben des Ständers in Wechselstellung, während außerdem der Verschleiß wesentlich geringer ist. Die verschleißenden Führungsteile der Werkzeugwechselvorrichtung können wesentlich leichter ausgetauscht werden als die entsprechenden Führungseinrichtungen für den Ständer. Dabei ist vorzugsweise die Axiallagerung für die Führung eine am Ständer für den Werkzeugspeicher liegende Hülsenlagerung.

Vorzugsweise ist die Werkzeugwechselvorrichtung ein an sich bekannter Wechselarm, der an einem Schlitten liegt, welcher mittels einer Betätigungsstange entlang der Führungen mit dem Werkzeugwechselarm zwischen dem Werkzeugspeicher und der Werkzeugaufnahme verschiebbar ist. Die Kraftübertragung auf Y die Betätigungsstange erfolgt dabei von einem am Bett / festliegenden Ständer aus, so daß die Abtriebsstelle für die Betätigungsstange, d. h. die Stelle, an der die Stange bei Nichtbetätigung festliegt, und das Werkzeugmagazin gegeneinander ortsfest liegen. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß bei Bewegen des Ständers und damit Ein- und Ausschieben der Führung in der Lagerung am Werkzeugspeicher die Werkzeugwechselvorrichtung durch die Betätigungsstange in konstanter Lage zum Speicher gehalten wird, d. h. die der Führung auch gegen den Schlitten der Werkzeugwechselvorrichtung verschoben wird. Es wird dadurch auch bei Verstellung des Ständers entlang dem Werkzeugbett in jedem Falle die gleiche Ausgangslage der Werkzeugwechselvorrichtung zum Werkzeugspeicher selbsttätig eingehalten.

Um einen schnellen Werkzeugwechsel zu ermöglichen, kann die Werkzeugwechselvorrichtung in bekannter Weise zwei gegenläufig gerichtete Schwenkarme aufweisen, deren einer bei Beginn des Wechselvorgangs das neu einzusetzende Werkzeug aus dem Werkzeugspeicher aufnimmt, worauf die Wechselvorrichtung entlang der Führung an die Bearbeitungsstation verschoben wird, der gegenläufig gerichtete Arm das vorher benutzte Werkzeug aus der Spindel aufnimmt, durch Verschwenken des Arms um 180° das neue Werkzeug in die Spindel einsetzt, entlang der Führung zurückfährt und das vorher benutzte Werkzeug in den Werkzeugspeicher einsetzt. Dadurch wird ein sehr schneller rationeller Bewegungsablauf des Werkzeugwechsels gewährleistet, insbesondere auch deshalb, da die Zeit, in welcher die Werkzeugwechselvorrichtung das neue Werkzeug aus dem Werkzeugspeicher aufnimmt und an die Bearbeitungsstelle überführt, der die Werkzeugaufnahmevorrichtung tragende Support vertikal am Ständer in die Werkzeugwechselstellung verfahren werden kann.

Um komplizierte Bewegungsabläufe zu vermeiden, kann zur Durchführung der Einsetz- und Ausziehbewegung für die Werkzeuge aus der Halterung im Speicher und an der Bearbeitungsstation der Werkzeugwechselarm in bekannter Weise an einem Schlitten liegen, der entlang einer parallel zur Drehachse des Werkzeugwechselarms und senkrecht zur Führung liegenden Querführung zum Ausziehen und Einsetzen der Werkzeuge in die Halterungen im Werkzeugspeicher und der Werkzeugaufnahme verschiebbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt .

F i g. 1 eine Vorderansicht einer Werkzeugmaschine gemäß Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die in F i g. 1 dargestellte Maschine, wobei ein Teil des Ständerkopfes weggebrochen ist,

Fig.3 eine vergrößerte Teilansicht teilweise in Draufsicht und teilweise in waagerechtem Schnitt, Fig.4 eine Vorderansicht des Werkzeugwechselar-

mes, ;r ,

Fig.5 einen Schnitt durch ein Werkzeuggreifergehäuse entlang Linie 5-5 in F i g. 4,

Fig.6 eine teilweise geschnittene Ansicht aus Richtung der Linie 6-6 in F i g. 3 und Fig.7 bis 21 schematische Schrägansichten der Werkzeugwechselvorrichtung, Spindel und Magazin, welche die verschiedenen Stellungen der Teile während verschiedener Abschnitte eines Werkzeugwechsels zeigen..

Es wird nunmehr insbesondere auf die F i g. 1 und 2 Bezug genommen, welche eine Werkzeugmaschine gemäß Erfindung zeigen. Die Maschine weist ein Maschinenbett 40 auf, auf welchem gleitbar ein senkrechter Ständer 41 mit einem Unterteil 42 angeordnet ist. Das Bett 40 ist mit waagerechten Führungsbahnen 43 versehen, in welche komplementäre nicht gezeigte Führungsbahnen eingreifen, die am Boden des Unterteils 42 angeordnet sind, um den Ständer bei Gleitbewegung längs des Bettes 40 zu stützen. Die Bewegung des Ständers längs des Bettes 40 bildet eine Bewegungsachse der Maschine, die als X-Achse bezeichnet ist. Der Ständer 41 ist mit vertikalen Führungsbahnen 48 zum Eingriff mit komplementären Führungsbahnen 49 versehen, die an einem Spindelkopf 50 vorgesehen sind, um den Spindelkopf gleitend in einer senkrechten Bewegungsrichtung längs einer y-Achse zu stützen. Die senkrechte Bewegung des Spindelkopfes längs der Y-Achse in der einen oder anderen Richtung erfolgt durch Betätigung eines Motors 51. Der Spindelkopf 50 bildet die Arbeitsstation der Werkzeugmaschine und trägt drehbar eine Arbeitsspindel 55, welche ein Werkzeug 60 zum Drehen mit der Spindel tragen kann, wobei das

Werkzeug fest innerhalb der Spindel mittels einer Spannpatrone bekannter Art gehalten wird. Die Spindel 55 wird mittels eines geeigneten Motors 62 in bekannter Weise gedreht, um das Werkzeug 60 bei der Maschinenarbeit zu betätigen. Die Spindel 55 trägt ein Werkzeug 60 in einer solchen Lage, daß es auf ein Werkstück W einwirken kann, welches in bekannter Weise auf einem Drehtisch 63 gehalten wird, der seinerseits auf einem bewegbaren Schlitten 64 angeordnet ist.

Der Schlitten 64 ist zur Quer-Gleitbewegung auf den Ständer 41 zu und von ihm weg längs einer Z-Achse auf den Gleitbahnen 66 angeordnet, die auf der Oberfläche eines sich seitlich erstreckenden Hilfsbettes 65 ausgebildet sind. Der Schlitten 64 wird mittels eines Motors 69 bewegt, der an dem Ende des Bettes 65 befestigt ist und im Betrieb angeschlossen ist, um eine Schraube 68 zu drehen, welche im Eingriff mit einer Umlaufkugellagergewindemutter (nicht gezeigt) steht, welche am Schlitten 64 befestigt ist.

Es ist offensichtlich, daß der Ständer 41, der Schlitten 64 und der Spindelkopf 50 zur Bewegung in drei gegenseitig querliegenden Bewegungsbahnen angeordnet sind und daß der Drehtisch 63 um seine senkrechte Achse bewegt werden kann, um das Werkstück Wdem Werkzeug 60 zuzuführen, das von der Spindel 55 getragen wird. So kann der schwere massive Ständer 41 auf dem Bett 40 längs der X-Achse in ihre vollständige rechts liegende Lage bewegt werden, die sie in Fig. 1 und 2 einnimmt, um die Spindel 55 längs der X-Achse einzustellen, während der Spindelkopf 50 vertikal längs der Y-Achse bewegt werden kann, um die Spindel in jeder beliebigen gewünschten senkrechten Stellung bezüglich des Werkstückes !^einzustellen, welches von dem Tisch 63 getragen wird. Der Schlitten 64 kann seinerseits in seiner Vorwärtsbewegung auf den Ständer 41 zu bewegt werden, um das Werkstück W zu der genau eingestellten Spindel 55 zu führen, um das Werkstück dem umlaufenden Werkzeug 60 zuzuführen.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Maschine ist mit einer automatisch arbeitenden mechanischen Werkzeugwechselvorrichtung 70 versehen, die zur waagerechten Bewegung zwischen einem Werkzeugmagazin 71 und der Spindel 55 gehalten wird, unabhängig von der horizontalen Entfernung, in welcher die Spindel 55 von dem Werkzeugmagazin 71 angeordnet ist. Eine Anzahl verschiedener Werkzeuge 60 ist in dem Magazin 71 gelagert, wo sie zur Übertragung auf die Spindel 55 zur Verfügung stehen. Ein Werkzeugwechselarm 75 ist von einem Träger 76 gehalten, der dazu dient, den Werkzeugwechselarm 75 in seine verschiedenen Stellungen zur Durchführung seiner Funktion zu transportieren, ein ausgewähltes Werkzeug 60 aus dem Magazin 71 zu entnehmen und anschließend dieses ausgewählte Werkzeug auf die Spindel zu bringen, wo das ausgewählte Werkzeug in die Spindel 55 eingesetzt wird, um es zur Durchführung eines Ärbeitsganges in Stellung zu bringen. Der Werkzeugwechselarm 75 entnimmt auch das bereits in der Spindel 55 angeordnete Werkzeug 60 und transportiert es zurück zum Magazin 71. Der Träger 76 ist zur waagerechten Bewegung längs eines Weges getragen, der parallel zur X-Achse liegt, zum Zwecke des Transportierens des Armes 75 in eine Lage, in welcher er an einem Werkzeug 60 angreift, das sich in der Bereitschaftslage befindet und danach das Werkzeug zu der entfernt liegenden Spindel 55 transportiert: In F i g. 1,2 und 7 ist die Werkzeugwechselvorrichtung 70 in ihrer Ruhelage außerhalb der Bewegungsbahn des Spindelkopfes 50 und des Magazins 71 gezeigt. Wenn ein Werkzeugwechsel ausgeführt werden soll, wird der Träger 76 nach links bewegt, um den Werkzeugwechselarm 75 aus der geparkten Lage in Eingriff mit einem Werkzeug zu bringen, das vom Magazin 71 in die Wechselstellung gebracht worden ist.

Der Werkzeugwechselarm 75 ist mit einem Paar identischer Werkzeuggreifer 77 und 78 versehen, die

ίο sich in entgegengesetzten Richtungen im Verhältnis zueinander erstrecken. Die Werkzeuggreifer 77 und 78 sind jeder mit im wesentlichen halbkreisförmigen Oberflächen 79 versehen, um einen Bund 81 aufzunehmen, der an jedem Werkzeug 60 vorgesehen ist. Die Werkzeuggreifer 77 und 78 weisen feste Finger 77A und 78 A und bewegbare Finger 775 und 785 auf, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist. Die bewegbaren Finger 775 und 785 der Greifer 77 und 78 können betätigt werden, um die Werkzeuge 60 fest innerhalb der halbkreisförmigen Oberfläche 79 derart zu halten, wie dies nachstehend beschrieben wird.

In F i g. 7 bis 20 ist schematisch ein Arbeitszyklus der Werkzeugwechselvorrichtung 70 beim Austauschen eines Werkzeuges 60 in der Spindel 55 gezeigt. F i g. 7 zeigt die Werkzeugwechselvorrichtung in einer anfänglichen Lage, in welcher der Werkzeugwechselarm 75 sich in Ruhestellung befindet und so gelagert ist, daß er die Drehbewegung des Magazins 71 und auch die Arbeitsbewegung der Spindel 55 nicht stört. Bei Ansprechen auf ein geeignetes Signal, welches von einem Speicher kommt, wird das Magazin 71 betätigt, um das nächste gewünschte Werkzeug in eine Werkzeugbereitschaftslage zu bringen, in der ein Werkzeug wie beispielsweise das Werkzeug 60a durch den Greifer 77 des Armes 75 erfaßt werden kann. Wenn das gewünschte Werkzeug sich in der Bereitschaftslage befindet, wird ein Signal empfangen, um die Linksbewegung des Trägers 76, wie dies in F i g. 7 gezeigt ist, zu bewirken, so daß der Werkzeuggreifer 77 in Eingriff mit dem Bund 81 des' Werkzeuges 60a gebracht wird, welches vom Magazin 71 kommt. Eine Linksbewegung des Trägers 76 bewirkt die Bewegung des Werkzeugwechselarmes in die in F i g. 8 gezeigte Lage, in weicher der Greifer 77 im Eingriff mit dem Werkzeug 60a steht, das sich in der Bereitschaftsstellung mittels des Magazins 71 befindet.

Wenn der Greifer 77 in Eingriff mit dem vom Magazin 71 dargebotenen Werkzeug 60a gelangt, wird der bewegbare Finger 775 des Greifers auf den festen Finger 77 zu bewegt, um das Werkzeug 60a in dem halbkreisförmigen Einschnitt 79 des Greifers zu verriegeln. Der Arm 75 wird dann nach auswärts bewegt, um das Werkzeug aus seiner Lagerhülse in dem Magazin 71 zu entnehmen, wie dies in F i g. 9 gezeigt ist.

Danach wird der Träger 76 nach rechts bewegt, um den Werkzeugwechselarm 75 in seine Ruhelage zurückzubewegen, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist,und von dort in die zurückgezogene Lage, wie dies in F i g. 11 gezeigt ist, in welcher er das Werkzeug 60a zur Übertragung zur Spindel 55 bereithält. Der Arbeitszyklus wird durchgeführt, während die Spindel mit dem vorher ausgewechselten Werkzeug arbeitet und als Ergebnis, wenn ein Werkzeugwechsel durchgeführt werden soll, wird keine Zeit dadurch verloren, daß zunächst ein Werkzeug aus dem Magazin ausgewählt und entfernt wird, bevor der Werkzeugwechsel erfolgt

In F i g. 7 bis 11 ist gezeigt, daß der Spindelkopf 50 in einer niedrigeren Lage liegt, so daß die Spindel 55 sich

nicht in einer Werkzeugwechselstellung befindet. Wie in diesen Figuren gezeigt ist, wird die Spindel 55 verwendet, um das Werkzeug 606 anzutreiben, um einen Arbeitsgang am Werkstück W auszuführen, das vom Drehtisch getragen ist, wie dies in F i g. 1 und 2 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Werkzeugwechselarm 75 mit dem in seinem Greifer 77 gehaltenen Werkzeug 60a in einer Ruhelage, um die Vollendung des Arbeitsganges abzuwarten, der von der Spindel 55 mit dem Werkzeug 606 ausgeführt wird. Wenn der Arbeitsgang vollendet ist, wird das Werkstück durch Bewegen des Schlittens 64 in einer Richtung von der Säule 41 weg zurückgezogen, um dadurch das Werkstück W von dem Werkzeug 606 weg und frei zu bewegen. Der Spindelkopf 50 wird anschließend längs der y-Achse in eine bestimmte Lage bewegt, die als Werkzeugwechsellage bezeichnet ist, so daß der Bund 81 des Werkzeuges 606, das in der Spindel 55 getragen ist, sich in waagerechter Fluchtung mit dem Greifer 78 des Wechselarmes 75 befindet, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Dort liegt die Spindel 55 nun in der erforderlichen Lage für einen Werkzeugwechsel, bei welchem das Werkzeug 606 daraus entfernt wird und das, neue Werkzeug 60a dann für anschließende Bearbeitung des Werkstückes Weingesetzt wird.

Der Träger 76 wird nun nach rechts (in Fig. 13 gesehen) bewegt, wobei auch der Arm 75 nach rechts bewegt wird, wobei der Werkzeuggreifer 78 mit dem Bund 81 des Werkzeugs 60ό im Eingriff steht, das von der Spindel 55 gehalten ist, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist. Danach wird der bewegbare Finger 78Λ des Greifers 78 betätigt, um das Werkzeug 606 in dem halbkreisförmigen Ausschnitt 79 des Greifers 78 festzuhalten. Die Spannpatrone wird gelöst, und der Arm 75 wird auswärts von dem Ständer weg bewegt und zieht dabei das Werkzeug 606 aus der Spindel 55 heraus, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist.

Nachdem das Werkzeug 606 aus der Spindel 55 herausgezogen ist, wird der Werkzeugwechselarm 75 um 180° gegen den Uhrzeigersinn, in Fig. 1, gesehen, gedreht, wie dies durch die Pfeile in Fi g. 14 angedeutet ist. Bei diesem Arbeitsgang Wird das Werkzeug 606 aus der Fluchtung mit der Spindel 55 weg bewegt, während das Werkzeug 60a in Ausrichtung mit der Spindel 55 )' bewegt wird, wie dies in F i g. 15 gezeigt ist.

Wenn die Stellungen der Werkzeuge 60a und 606 um eine halbe Umdrehung des Werkzeugwechselarms 75 vertauscht sind, wird letzterer zurückgezogen und setzt das Werkzeug 60a in die Spindel 55 ein, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist.

Wenn das Werkzeug 60a nunmehr in die Spindel 55 eingeführt ist, wird die Spannpatrone betätigt, um das Werkzeug in der Spindel festzuhalten, und der Greifer 77 wird betätigt, so daß der bewegbare Finger 77B nach außen geschwenkt wird, um das Werkzeug freizugeben. Aus der Lage in F i g. 16 wird der Werkzeugträger 76 in eine Richtung nach links bewegt, um dadurch den Werkzeugwechselarm in eine Richtung nach links zu bewegen und den Greifer 77 von dem Werkzeug 60a zu lösen. Die Längsbewegung des Trägers wird fortgesetzt, bis der Werkzeugwechselarm 75 sich in Ruhelage befindet, wie dies in F i g. 17 gezeigt ist In dieser Lage befindet sich der Greifer 77 frei von dem Werkzeug 60a und stört die darauffolgende Arbeit der Spindel 55 nicht. So kann, wie in F i g. 18 gezeigt ist, der Spindelkopf 50 betätigt werden, um die Spindel 55 in Arbeitsstellung am Werkstück W zu bringen. Gleichzeitig damit wird bewirkt, daß der Werkzeugwechselarm 75 sich nach außen vom Träger 76 weg bewegt, so daß der Schaft des Werkzeuges 606 frei von der Umfangsfläche des Speicherteiles des Magazins 71 bei der darauffolgenden Linksbewegung des Werkzeugwechselarmes 75 ist.

Dabei befindet sich der Werkzeugwechselarm 75 in der Lage, wie sie in F i g. 18 gezeigt ist, wobei der Greifer 77 frei von der Spindel 55 ist und in seiner ausgelösten Lage, während der Greifer 78 in der Stellung das Werkzeug 606 frei vom Magazin hält. Wenn sich der

W Arm 75 in der in F i g. 18 gezeigten Lage befindet, wird der Träger 76 wieder nach links aus seiner Ruhelage bewegt, so daß der Arm 75 sich aus der Ruhelage in eine Lage bewegt, in welcher das Werkzeug 606, welches von ihm getragen ist, in Fluchtung mit einer Vorratshülse 83 des Magazins 71 ist. Diese Lage des Werkzeugwechselarmes 75 ist in Fig. 19 gezeigt. Dort ist angedeutet, daß sich das Werkzeug 606 nunmehr in Fluchtung mit der Hülse 83 befindet, so daß es in die Hülse zwecks Lagerung eingesetzt werden kann.

Wenn das Werkzeug 606 sich mit der Vorratshülse 83 in Fluchtung befindet, wird der Werkzeugwechselarm 75 einwärts auf das Magazin zum Einführen des Werkzeuges in die Vorratshülse zu bewegt, wie in F i g. 20 gezeigt ist. Der bewegbare Finger 78B wird

nunmehr betätigt, um den Greifer 78 freizugeben, so daß der Greifer von dem Werkzeug 606 gelöst werden kann. Danach wird der Träger 76 nach rechts bewegt, um den Arm 75 in die Ruhelage zurückzuführen, die in Fig.21 gezeigt ist. Wenn der Werkzeugwechselarm 75 in die Ruhelage zurückgebracht ist, wie in F i g. 21 gezeigt ist, wird der Werkzeugwechselarm 75 um 180° im Uhrzeigersinn, von der Vorderseite der Maschine gesehen, und, wie durch die Pfeile in F i g. 21 gezeigt ist, in die in F i g. 7 dargestellte Lage gedreht, in welcher der Greifer 77 sich nach links auf das Magazin 71 zu und der Greifer 78 sich auf die Spindel 55 zu'erstrecken. Der Werkzeugwechselzyklus ist nunmehr vollendet, und das Werkzeug 606 ist in der Spindel 55 durch das Werkzeug 60a ersetzt. Wie bereits erwähnt ist, stört der Werkzeugwechselarm 75, wenn er sich in der in F i g. 7 gezeigten Lage befindet, die Arbeit der Spindel bei der Durchführung eines Arbeitsganges nicht und.stört auch nicht die Drehbewegung des Magazins beim Instellungbringen des nächsten gewünschten Werkzeuges in die Werkzeugstellung.

Das Magazin 71 weist einen senkrechten Rahmen 86 auf, der auf einem Unterteil 87 in der Nähe des Bettes gehalten ist. Eine sich waagerecht erstreckende Welle 88 liegt fest am senkrechten Rahmen 86 und dient dazu, drehbar einen Werkzeugträgerring 89 zu halten. Der Ring 89 ist mit einer Anzahl von Werkzeugspeicherhülsen 83 für Werkzeuge 60 versehen, welche darin gelagert sind. Eine Drehbewegung des Werkzeugvorratsringes 89 in der einen oder anderen Drehrichtung wird mittels eines Motors 90 bewirkt, der ein Ritzel 91 antreibt, welches im Eingriff mit einem verhältnismäßig großen Zahnrad 92 steht, das am Vorratsring 89 befestigt ist. Der Zweck des Werkzeugträgerringes 89 ist der, die Vielzahl von Werkzeugen 60 in Vorrat zu halten und die gewählten Werkzeuge einzeln in eine Werkzeugbereitschaftsstellung oder Bereitschaftsstation 73 zu führen, wo sie für den Werkzeugwechselarm 75 zugänglich sind. Der Motor 90 wird mittels einer Kontrollvorrichtung (nicht gezeigt) gesteuert, so daß das Magazin 71 zu jeder Zeit gemäß einem Programm gedreht werden kann, um ein ausgewähltes Werkzeug zur Station 73 zu bringen.
Wie bereits erwähnt ist, wird der Werkzeugwechsel-

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mechanismus 70 zur waagerechten Bewegung in einer Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des Ständers 41 gehalten, um das aus dem Magazin 71 entnommene Werkzeug zur Spindel 55 zu führen, unabhängig von der Lage der Spindel längs der X-Achse nach Beendigung eines Arbeitsganges. Bei der Erfindung ist es unnötig, den Ständer längs der X-Achse auf den Führungsbahnen 43 in eine vorher bestimmte Endstellung zu bewegen, damit das von der Spindel 55 getragene Werkzeug gewechselt werden kann. Die einzige Forderung besteht darin, daß der Spindelkopf 50, welcher von relativ geringer Größe ist, in eine vorbestimmte Lage längs der F-Achse bewegt werden muß, um so die Spindel direkt quer vor dem Werkzeuggreifer 78 des Werkzeugwechselmechanismus in Stellung zu bringen. So wird erfindungsgemäß die Abnutzung auf den teuren und empfindlichen Gleitbahnen 43 insofern auf ein Mindestmaß verringert, als die Bewegung des Ständers nicht notwendigerweise für einen Werkzeugwechselvorgang notwendig ist. Der Werkzeugwechselmechanismus schaltet nicht nur die Notwendigkeit aus, den Ständer vor jedem Werkzeugwechsel zu bewegen, sondern verringert auch die Zeit, die notwendig ist, um ein Werkzeug zwischen dem Magazin und der Spindel hin- und herzutragen. Dies trifft insofern zu, als der Träger 76 des Werkzeugwechselmechanismus relativ klein und leicht im Verhältnis zu dem massiven Ständer 41 ist. Eine Bewegung des verhältnismäßig leichten Werkzeugwechselmcchanismus beim Transport des Werkzeuges zu der Spindel 55 kann beträchtlich schneller sein als eine Bewegung des massiven Ständers längs der Führungsbahnen 43 zum Werkzeugwechselmechanismus.

Der Werkzeugwechselmechanismus 70 weist den Träger 76 auf, der ein Paar Führungshülsen 118 und 119 aufweist, weiche als Gleitträger für den Werkzeugwechselmechanismus dienen. Durch jede der Führungshülsen 118 und 119 erstrecken sich ausziehbare Führungsstangen 120 und 121. Die rechten Enden der Stangen 120 und 121, in F i g. 1 und 3 gesehen, sind in einem Tragarm 122 befestigt, der seinerseits an der Vorderfläche des Ständers 41 befestigt ist. Das linke Ende der Stangen 120 und 121 ist mit Hilfe eines sich nach hinten erstreckenden Trägerarms 123 an der hinteren Fläche des Magazinträgerrahmens 68 gelagert, wie am besten in F i g. 2 und 3 gezeigt ist. Die Stangen 120 und 121 sind von ausreichender Starrheit, um den Werkzeugwechselmechanismus zu stützen, während er darauf auf die Spindel 55 zu bewegt wird. Wenn der Ständer 41 rechts am Bett 40 liegt, wie in Fig. 1 gezeigt, haben sich die Führungsstangen 120 und 121 mit dem Ständer in geeignete öffnungen im Trägerarm 123 bewegt und schaffen dadurch eine freie Führung für den Träger 76 des Werkzeugwechselmechanismus 70. Wenn der Ständer nach links bewegt wird, in F i g. 1 und 2 gesehen, bewegen sich die Führungsstangen 120 und 121 mit nach links, und die sich nach links erstreckenden Enden der Stangen verschieben sich durch die öffnungen, die im Trägerarm 123 vorgesehen sind. Bei weiterer Bewegung des Ständers 41 nach links laufen die Enden der Stangen durch zweckmäßige öffnungen 124, die in einem anderen Trägerarm 125 vorgesehen sind, welcher sich ebenfalls von dem Magazinträgerrahmen 68 nach hinten erstreckt. Bei weitergeführter Linksbewegung des Ständers 41 laufen die Stangen 120 und 121 ebenfalls weiter nach links mit ihren freien Enden in öffnungen, welche in einem anderen Trägerarm 126 vorgesehen sind, der von einem Ständer 127 am linken Ende des

Bettes 40 gehalten wird. So bewirkt die Bewegung des Ständers 41 längs der X-Achse in der einen oder in der anderen Richtung eine gleiche Bewegung der Stangen 120 und 121, wobei deren freie Enden mittels der Trägerarme 123, 125 und 126 gestützt in Abhängigkeit von der Lage des Ständers 41 werden. Die Stangen 120 und 121 bilden eine ausdehnbare Führung, welche in Betrieb einen ungehinderten Führungsweg für den Werkzeugwechselmechanismus 70 zwischen dem Werkzeuglagermagazin und der Spindel bildet, unabhängig von der seitlichen Lage der Spindel zu der Zeit des Werkzeugwechsels. Der Träger 76 wird längs den Führungsstangen 120 und 121 durch eine Druckmittelbetätigungsvorrichtung 130 bewegt, die aus einem Zylinder 131 besteht, der von dem aufrecht stehenden Magazinrahmen 86 und dem Ständer 127 auf den Tragarmen 123, 125 und 126 getragen wird. Der Zylinder 131 ist auf den Tragarmen 123, 125 und 126 in einer Stellung zwischen den öffnungen in diesen Tragarmen montiert, durch die die Führungsstangen gleiten. Der Zylinder 131 ist so ausgebildet, daß er einen Kolben gleitbar enthält, der mit einer Kolbenstange 133 versehen ist.
Wie in Fig.3 gezeigt ist, greift das sich nach außen ( erstreckende Ende der Kolbenstange 133 in eine geeignete mit Gewinde versehene öffnung in dem Ende des Trägers 76 ein. So bewirkt die Bewegung des Kolbens in dem Zylinder 131 eine entsprechende Bewegung des Trägers 76.

Der Träger 76 ist mit einem L-förmigen Trägerarm 135 versehen, der den Werkzeugwechselarm 75 zur Bewegung mit dem Träger und zur drehenden und axialen Bewegung hält. Dazu ist ein Schenkel 136 des Armes 135 fest, etwa durch Schweißen, an dem Träger 76 befestigt. Der sich auswärts erstreckende Schenkel 137 des Tragarmes 135 ist ein kastenartiger Aufbau, der eine waagerechte Querkammer 138 (Fig. 6) bildet. Die Bewegung des Werkzeugwechselarmes 75 auf den Ständer zu und von ihm weg beim Einsetzen oder Abnehmen des Werkzeuges entweder aus dem Magazin 71 oder von der Spindel 55 wird mittels eines Schlittens

141 durchgeführt, der gleitbar in einer Richtung quer zur Bewegungsrichtung des Trägers 76 auf den Gleitbahnen

142 und 143 gehalten ist. Die Gleitbahnen 142 und 143 sind an einer senkrechten Platte 144 befestigt, die ihrerseits an einer senkrechten Seitenplatte 140 des Schenkels 137 befestigt ist. Die Querbewegung des Schlittens 141 in der einen oder anderen Richtung, beispielsweise vom oder zum Ständer, wird mittels einer

so Betätigungsvorrichtung 145 erreicht, die einen Zylinder 146 aufweist, der sich innerhalb der Kammer 138 in einer waagerechten Lage befindet und an der linken Seitenfläche der Platte 140 des Schenkels 137 befestigt ist. Ein gleitbar im Zylinder 146 vorgesehener Kolben hat eine Kolbenstange 148, deren freies Ende an einem sich einwärts erstreckenden Trägerarm 149 über eine Verbindung 150 (Fig.3 und 6) angeschlossen ist. Der Trägerarm 149 ist an der Innenfläche des Schlittens 141 befestigt und so angeordnet, daß er sich einwärts durch eine geeignete Ausnehmung 151 in dem vorderen Ende der Platte 144 erstrecken kann. So bewirkt die Betätigungsvorrichtung 145 eine Bewegung des Schlittens 141 in die eine oder andere Richtung, was in Abhängigkeit von der Richtung erfolgt, in der die Kolbenstange 148 bewegt wird. <

Wie bereits erwähnt ist, muß der Werkzeugwechselarm 75 um 180° gedreht werden, um einen Werkzeugaustauscrfan der Spindel 55 durchzuführen. Dazu ist der

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Werkzeugwechselarm 75 an dem äußeren Ende einer waagerechten Welle 152 mittels einer Mutter 153 befestigt, die auf einen mit Gewinde versehenen Teil 154 der Welle 152 aufgeschraubt ist. Eine Antriebsverbindung zwischen der Welle 152 und dem Werkzeugwechseiarm 75 wird mittels eines Keiles 155 hergestellt, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist.

Eine Druckmittelbetätigungsvorrichtung 160 dreht den Werkzeugwechselarm 75 aus seiner Anfangsstellung in Fig. 14 in die Stellung in Fig. 15 um 180° und auch umgekehrt, wie dies in Fig.21 durch Pfeile dargestellt ist.

Die Druckmittelbetätigungsvorrichtung 160 besteht aus einem Zylinder 161, der in senkrechter Lage an der oberen Fläche eines senkrechten rohrförmigen Gehäuses 162 befestigt ist, das mit dem Schlitten 141 (Fig.3 und 6) einstückig ist. In dem Zylinder 161 ist ein Kolben mit einer Kolbenstange 164 vorgesehen, welche sich abwärts und auswärts von dem Zylinder 163 erstreckt. Das äußere Ende der Kolbenstange 164 ist in das obere Ende eines Kolbens 165 eingeschraubt, der in einer Bohrung 166 des Gehäuses 162 liegt. Eine im Kolben 165 ausgebildete Zahnstange 167 greift in ein auf die Welle % 152 aufgekeiltes Ritzel 168 ein. So bewirkt eine ,Abwärtsbewegung des Kolbens 163 eine gleichartige Bewegung der Zahnstange 167, um das Ritzel 168 in eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen, wie dies in Fig.6 gezeigt ist. Beim Drehen des Ritzels 168 im Gegenuhrzeigersinn bewegt sich die Welle 152 entsprechend, und andererseits wird die entsprechende Drehung des Werkzeugwechselarmes 75 gegen den Uhrzeigersinn bewirkt. Andererseits verursacht eine Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 164 von der untersten Lage in dem Zylinder, daß sich das Ritzel 168 im Uhrzeigersinn dreht und dabei den Werkzeugwechseiarm 75 im Uhrzeigersinn zurück in seine Anfangslage schwenkt.

Die waagerechte 0°- oder Anfangsstellung des Werkzeugwechselarmes wird mittels eines Anschlages 156 hergestellt, der an der Rückfläche des Gehäuses 183 (Fig.4) befestigt ist. Wenn der Werkzeugwechselarm 75 sich in der waagerechten Ausgangsstellung nach Fig.3 befindet, liegt der Anschlag 156 an der unteren Fläche eines festen Anschlages 157, welcher an der Seite ·« des Trägerarmes 149 befestigt ist und sich auswärts aus J der Kammer^ 138 erstreckt. Wenn andererseits der Werkzeugwechselarm 75 gegen den Uhrzeigersinn in eine 180°-Werkzeugauswechselstellung gedreht wird, dann wird diese Stellung mittels eines anderen Anschlages 158 hergestellt, der ebenfalls an der Rückfläche des Gehäuses 183 vorgesehen ist.

Der Anschlag 158 liegt in der oberen Oberfläche des Anschlags 157 an, um den Werkzeugwechselarm 75 in einer waagerechten Stellung zu halten, welche um 180° gegenüber der Anfangsstellung des Werkzeugwechselarmes versetzt ist.

Der Werkzeugwechselarm 75 ist mit Werkzeuggreifern 77 und 78 versehen, welche einzeln Werkzeuge greifen oder frei lassen können. Eine Betätigungsvorrichtung 181 für den Greifer 77 bewirkt die Drehbewegung dessen beweglichen Fingers 775. In ähnlicher Art ist eine Druckmittelbetätigungsvorrichtung 182 vorgesehen, um den Greifer 78 zu betätigen und die Drehbewegung des beweglichen Fingers 785 des Greifers 78 zu bewirken. Die Greifer 77 und 78 sind von gleichartiger Bauweise, und daher gilt die Beschreibung des Greifers 78 und seines Betätigungsmechanismus auch für den Greifer 77.

Wie es in F i g. 4 gezeigt ist, weist der Werkzeugwechselarm 75 ein Gehäuse 183 auf, das eine linke Verlängerung 184 und eine rechte Verlängerung 186 aufweist, die den Betätigungsmechanismus der Greifer 77 und 78 aufnehmen. Die Verlängerung 184 trägt den festen Finger 77A des Greifers 77, während die Verlängerung 186 den sich nach außen erstreckenden festen Finger 78/4 des Greifers 78 trägt.

Der bewegbare Finger 785 des Greifers 78 ist auf einen Stift 187 in einem Teil 188 gelagert, der rückwärts vom festen Finger 78/1 ausgebildet ist.

Die Drehbewegung des Fingers 785 um den Stift 187 wird durch einen sich rückwärts erstreckenden Arm 189 bewirkt, der sich einwärts in das von der Verlängerung 186 gebildete Gehäuse erstreckt, wie in Fig.4 und 5 gezeigt ist.

Auf diese Weise bewirkt die Abwärtsbewegung des Armes 189 eine Aufwärtsbewegung des Fingers 785 um den Stift 187 entgegen dem Uhrzeigersinn und umgekehrt.

Die Bewegung des Armes wird mit Hilfe eines Gleitblockes 191 ausgeführt, der in einer Führungsbahn 192 in der Verlängerung 186 verschiebbar ist. Der Gleitblock 191 ist mit einer geneigten Nockenführungsbahn 193 versehen, die gleitbar einen Nocken 194 am Ende eines Stiftes 195 aufnimmt. So bewirkt eine Rechtsbewegung des Gleitblockes 191 aus der Stellung in Fig.4 und 5, daß der Arm 189 und der bewegliche Finger 785 sich abwärts bewegt, um eine Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinn des Fingers 785 um den Stift 187 einzuleiten, so daß der Finger in Offenstellung bewegt wird und umgekehrt. Die Bewegung des Gleitblockes 191 bewirkt die Bewegung des Fingers 785 derart, wie beschrieben wegen der Tatsache, daß der in der Nockenführungsbahn eingreifende Nocken 194 gezwungen ist, sich innerhalb der Führungsbahn zu bewegen. Wenn sich so der Gleitblock 191 nach rechts bewegt, bewegt sich die Führungsbahn 193 nach rechts, so daß der entsprechende stationäre Nocken 194 abwärts gedrückt wird und dadurch die Bewegung des Armes 189 veranlaßt. Während sich andererseits der Gleitblock 191 nach links bewegt, bewegt sich die Nockenführungsbahn 193 nach rechts, so daß der Nocken 194, der der Führungsbahn folgt, aufwärts bewegt wird und den Arm 189 mitnimmt.

Die wahlweise Bewegung des Gleitblockes 191 wird mit Hilfe der Betätigungsvorrichtung 182 bewirkt. Eine ähnliche Anordnung ist für den bewegbaren Finger 775 des Greifers 77 in Verbindung mit einer Betätigungsvorrichtung 181 vorgesehen.

Aus der vorhergehenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles ist es klar, daß eine verbesserte Werkzeugmaschine geschaffen ist, die einen mechanischen Werkzeugwechsler und ein Werkzeugmagazin aufweist, das einen Vorrat an Werkzeugen in einem Minimum von beanspruchtem Raum trägt, wobei die Werkzeugwechselvorrichtung zwischen dem Magazin und der Spindel unabhängig von der seitlichen Stellung der Spindel gegenüber dem Magazin arbeitet, und die Werkzeugwechselvorrichtung kann ein Werkzeug in der Spindel mit einem neuen Werkzeug aus dem Magazin in einem Minimum an Zeit ersetzen. Das für den folgenden Arbeitsgang ausgewählte Werkzeug wird zu der Werkzeugbereitschaftsstation im Magazin geführt, während der vorangehende Bearbeitungsgang ausgeführt wird, und der Werkzeugmechanismus wird automatisch betätigt, um das ausgewählte Werkzeug für den vorangegangenen Arbeitsgang zu entfernen und

dieses Werkzeug bereitzuhalten, so daß es gegen das Durchführung eines Arbeitsganges nicht stört. Außer-

Werkzeug ausgetauscht werden kann, welches anschlie- dem stört die Vorrichtung die Drehung des Magazins 71

ßend verwendet werden soll. Der Werkzeugwechselme- nicht, während sie die dort getragenen Werkzeuge

chanismus liegt beim Halten des neuen Werkzeuges in entlang dem Ablesekopf bewegt.

Bereitschaft so, daß er die Arbeit der Spindel zur ⁵

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Werkzeugmaschine, zum Beispiel Bohr- und Fräswerk, mit einem entlang einem Bett verfahrbaren Ständer mit einer Arbeitsspindel zur Aufnahme verschiedener rotierender Werkzeuge,

mit einer Werkzeugwechselvorrichtung, die einen längs seiner Schwenkachse zum Werkzeugtausch hin und her verschiebbaren Wechselarm aufweist,
mit einem am Gestell der Werkzeugmaschine festliegenden Werkzeugspeicher,
mit einer Führung zum Überführen der auszutauschenden Werkzeuge zwischen einer Werkzeugbereitstellungsstation im Speicher und der Arbeitsspindel und

mit einem auf der Führung hin und her verschieblichen Schlitten, der einen um eine Achse verschwenkbaren Arm zur Aufnahme der auszutauschenden Werkzeuge trägt, dadurch gekennzeichnet,

daß die Werkzeugwechselvorrichtung (70) auf dem Schlitten (76) angeordnet ist und
daß die Führung (120,121) in der zur Arbeitsspindel (55) wechselgerechten Lage am Ständer (41) festliegt und parallel zur Verschiebungsrichtung des Ständers auf dem Bett (40, 43) zur Werkzeugbereitstellungsstation des Werkzeugspeichers (71) verläuft, wo die Führung in einer Axiallagerung in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallagerung für die Führung (120, 121) eine am Ständer (86) für den Werkzeugspeicher liegende Hülsenlagerung (118, 119) ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (76) durch eine gegen einen am Gestell festliegenden Ständer (127) verschiebbare Schubstange (133) entlang der Führung (120, 121) zwischen dem Werkzeugspeicher (71) und der Arbeitsspindel verschiebbar ist.

4. Werkzeugmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (120,121) aus zwei mit Abstand zueinander laufenden Führungsstangen besteht.

5. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugwechselvorrichtung (70) in bekannter Weise aus dem doppelseitigen Werkzeugwechselarm (75) besteht, an dessen Enden je ein Greifer (77, 78) liegt, wobei durch eine Drehung des Werkzeugwechselarmes um 180° ein Platzwechsel des aus dem Werkzeugspeicher (71) entnommenen ausgewählten Werkzeuges und des vorher in der Arbeitsspindel (55) benutzten auszutauschenden Werkzeuges erfolgt.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugwechselarm (75) entlang einer parallel zur Drehachse (152) des Werkzeugwechselarmes und senkrecht zur Führung (120, 121) liegenden Querführung (142, 143) zum Ausziehen und Einsetzen der Werkzeuge im Werkzeugspeicher (71) und in die Arbeitsspindel (55) verschiebbar ist.