DE1502010B2 - Werkzeugmaschine mit einer automatischen werkzeugwechseleinrichtung fuer mehrspindelige werkzeugtraeger - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß die Bearbeitungszeiten von Werkstücken auf Werkzeugmaschinen um so kürzer gehalten werden können, je mehr Arbeitsspindeln gleichzeitig am Werkstück zum Einsatz gebracht werden. Deshalb wurden insbesondere zum Bohren von Werkstücken Mehrspindel-Bohrmaschinen entwickelt, welche zum Teil mit über hundert Spindeln gleichzeitig ein Werkstück bearbeiten.

Weiter ist es bekannt, mehrspindelige Werkzeugmaschinen zu Fertigungsreihen, den sogenannten Fließtaktmaschinen oder auch Transfermaschinen, zusammenzustellen. Mit derartigen Maschinen kann ein kompliziertes Werkstück, wie z. B. das Getriebegehäuse oder der Zylinderkopf eines Kraftfahrzeugmotors, mit mehreren hundert Spindeln, und zwar je nach Bedarf mit Bohrspindeln, Gewindespindeln, Fräs- und Drehspindeln, gleichzeitig bearbeitet werden. Das Werkstück wird dabei durch eine automatisch fördernde Taktvorrichtung an einer Vielzahl von Arbeitsstationen vorbeigeführt und vor jeder Arbeitsstation genau positioniert, wobei in jeder Arbeitsstation eine oft vielspindelige Bearbeitung des Werkstückes erfolgt. Die Arbeitsstationen sind in der Regel in Reihe hintereinander zu einer Fertigungsreihe angeordnet. Da die Taktfördervorrichtung jeweils gleichzeitig ein Werkstück an jede Arbeitsstation führt, kann bei jedem Fördertakt ein fertiges Werkstück am Ende der Fertigungsreihe entnommen werden, während gleichzeitig ein neues, noch zu bearbeitendes Werkstück am Anfang der Fertigungsreihe aufgegeben wird. Die Fördertaktzeit richtet sich dabei natürlich nach derjenigen Arbeitsstation der Fertigungsreihe, die die längste Bearbeitungszeit benötigt.

Wenn die Mehrspindel-Bohrmaschinen und Transfermaschinen auch, solange sie beschäftigt sind, eine optimale Leistung ergeben, so ist ihnen doch der Nachteil gemeinsam, daß sie nur mit erheblichem Aufwand auf eine neue Fertigungsaufgabe umgestellt werden können.

Die sogenannten »Arbeitsinformationen«, d. h. die Spindelabstände, Spindel- und Werkzeugdurchmesser, Drehzahlen und Vorschubgeschwindigkeiten, sind in diesen Maschinen starr gespeichert.

Eine Änderung der Arbeitsinformationen bedingt oft großen mechanischen Aufwand, wie z. B. die Neuanfertigung von Mehrspindelbohrköpfen, von Schablonen, von Werkzeugen, sowie erhebliche Montagearbeiten.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man bisher versucht, die Speicherung der Arbeitsinformationen mit konstruktiven Mitteln so flexibel wie möglich zu gestalten. Dabei wurden grundsätzlich zwei verschiedene Wege beschritten:

1. Die mehrspindeligen Werkzeugköpfe wurden verstellbar ausgeführt, so daß das sogenannte »Bohrbild«, d. h. die verschiedenen Spindelabstände sowie die Spindelanzahl, dem Bedarfsfall angepaßt werden konnte. Als Beispiel hierfür seien die verstellbaren Mehrspindel-Bohrköpfe sowie die Gelenkspindel-Bohrmaschinen erwähnt.

2. Werkzeugmaschinen wurden mit automatischem Werkzeugwechsel ausgerüstet. Dies geschah entweder mit Werkzeugspeichern nach Art der Revolverköpfe oder aber mit Hilfe von auto-

^; matisch arbeitenden Vorrichtungen, welche vorbereitete Werkzeuge einem zweckentsprechend ausgebildeten Magazin entnahmen und sie nach einem vorbestimmten Plan, der meistens durch Lochstreifen gesteuert wurde, der Arbeitsspindel zuführten.

Bei der erstgenannten Methode entfiel zwar die Neuanfertigung kompletter Bohrköpfe, jedoch war immer noch eine erhebliche Arbeit für die Umrüstung auf ein anderes Werkstück notwendig. Diese Arbeiten können nur in den Werkzeug- und Vorrichtungsabteilungen durchgeführt werden. Es ist auf keinen Fall möglich, innerhalb der für die Bearbeitung zur Verfügung stehenden Zeit eine solche Umrüstung vorzunehmen, etwa um einen zweiten oder dritten Arbeitsgang an einem einmal aufgespannten und dadurch genau positionierten Werkzeug in schneller Folge hintereinander vorzunehmen. Diese Möglichkeit bestand jedoch bei Werkzeugmaschinen, welche nach der zweiten Methode ausgerüstet waren. Automatisch arbeitende Werkzeugwechselvorrichtungen gestatten es, ein Werkzeug innerhalb weniger Sekunden zu wechseln. Dabei wird die Werkzeugklemmung in der Spindel automatisch gelöst. Ein automatischer Greifer entfernt dann das Werkzeug aus der Arbeitsspindel und führt ihr ein neues Werkzeug zu, worauf die Werkzeugklemmung wieder betätigt wird.

Für derartige Maschinen wurden Steuergeräte entwickelt, die mittels Lochstreifen die Auswahl der dem Magazin zu entnehmenden Werkzeuge entsprechend einem Arbeitsfolgeplan vornehmen.

Die letztgenannte Methode gestattet zwar die vollständig automatische Bearbeitung auch mit komplizierten Werkzeugen, sie hat jedoch zwei grundsätzliche Nachteile:

1. Die Werkzeugwechsel vorrichtungen ermöglichen nur einspindelige Bearbeitungen, bei welchen die Arbeitsgänge aufeinanderfolgen. Hierdurch addieren sich die Bearbeitungszeiten und die Werkzeugwechselzeiten, so daß die Arbeitszeiten der einzelnen Werkstücke sehr hoch werden.

2. Das aufgespannte Werkstück muß für jedes Werkzeug die diesem entsprechende Position vor der Arbeitsspindel einnehmen. Dies erfordert einerseits einen hohen mechanischen Aufwand für die Maschinentische, welche in drei Freiheitsgraden genau verstellbar sein müssen. Ferner müssen sie in jeder Position genau fixierbar sein. Darüber hinaus ergibt diese Forderung einen sehr hohen Aufwand für die Steuerung. Zusätzlich erfordert das genaue An-

fahren jeder Position weiteren Zeitaufwand.

Diese Nachteile erhöhen einerseits die Gestehungskosten der Maschine und setzen andererseits die Leistung bzw. den Ausstoß der Maschine herab.

Eine solche Werkzeugwechselvorrichtung, bei der nur einspindelige Bearbeitungen mit aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen möglich sind, ist aus der USA.-Patentschrift 3 052 011 bekanntgeworden, die einen Doppelgreifer mit zwei Greifarmen zum Werk-

zeugwechsel von Einzelwerkzeugen zeigt und beschreibt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, bei

der die hohe Leistung der erstgenannten mehrspindeligen Werkzeugmaschinen erhalten bleibt, bei der aber gleichzeitig ein automatisches Umrüsten auf andere Bearbeitungsaufgaben innerhalb weniger Sekunden möglich ist, so daß die vollständige Bearbeitung vielspindelig erfolgen kann, und zwar bei Bedarf in der gleichen Aufspannung des Werkstückes.

Die Lösung dieser Aufgaben besteht darin, daß der Mehrspindel-Werkzeugträger als vom Schlitten und in diesem angeordneten Werkzeugantrieb automatisch lösbare und mit dem Schlitten bzw. dem Werkzeugantrieb lagegenau verbindbare Einheit ausgebildet ist und daß die Werkzeugwechselvorrichtung als Hub- und Wendevorrichtung ausgebildet ist mit zwei Greifern zum Wechseln der mit dem Schlitten aus der Arbeitsstellung der Maschine einerseits und mit einem antreibbaren Rollengang od. dgl. aus dem Magazin andererseits in die Wechselstellung hinein- bzw. herausbewegten Mehrspindelköpfen, wobei die Greifer, vertikal bewegbar und/oder horizontal um die Achse der Werkzeugwechselvorrichtung drehbar, so betätigbar sind, daß die in den beiden Wechselstellungen befindlichen Mehrspindelköpfe gleichzeitig gewechselt werden.

Die Erfindung sieht also große, mehrspindelige Werkzeugköpfe als austauschbare Einheiten vor, die automatisch in genaue Position zum Antrieb im Schlitten gebracht werden, mit dem Schlitten verriegelt und anschließend automatisch mit dem Werkzeugantriebsmotor bzw. mit dessen Getriebe gekuppelt werden. Die Hub- und Wendevorrichtung positioniert dabei nicht nur den Werkzeugträger vor dem Schlitten, sondern dient gleichzeitig zum automatischen Wechsel der Werkzeugträger, wobei diese Hub- und Wendevorrichtung einen zweiten Werkzeugträger bereithält.

Die Hub- und Wendevorrichtung kann gleichzeitig als Bindeglied zu einem Werkzeugträgermagazin dienen, wobei dieses Werkzeugmagazin mehrere Mehrspindel-Werkzeugträger gemäß der Erfindung vorrätig hält und nach einem genau gesteuerten Plan an die Hub- und Wendevorrichtung abgibt und von der Hub- und Wendevorrichtung gleichzeitig die vom Einsatz kommenden Werkzeugträger abnimmt.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Werkzeugwechselvorrichtung aus einem das Maschinengestell portalartig übergreifenden Träger, auf dessen Oberseite Führungen senkrecht angeordnet sind, an denen ein von der Hubvorrichtung senkrecht verschiebbarer Schlitten geführt ist, um den drehbar eine Trommel gelagert ist, an der der Träger befestigt ist, wobei am Kopf der Führungen eine vom Drehantrieb angetriebene Drehscheibe gelagert ist, die in Hubstellung mit der Trommel in Eingriff kommt.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die Hub- und Wendevorrichtung eine Positioniervorrichtung, die Gegenstand der Ansprüche 3 bis 8 ist. Diese Hub- und Wendevorrichtung hat unter anderem noch den besonderen Vorteil, daß die Verbindung zwischen den Werkzeugträgern und dem im Schlitten angeordneten Werkzeugantrieb vor Staub, Schmutz und Spänen geschützt wird. Da sich die Merkmale der Unteranspräche 5 bis 8 auf Einzelheiten dieser Positioniervorrichtung beziehen, die Gegenstand eines älteren Vorschlags (Patent 1 402 301) des gleichen Erfinders sind, wird für diese Ansprüche nur im Zusammenhang mit den Ansprüchen 3 und 4 Schutz beansprucht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung;

F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Maschine;

F i g. 3 zeigt die Werkzeugträger-Wechseleinrichtung gemäß d,er Erfindung in einem Schnitt, wobei die Schnittführung in F i g. 2 entlang der Linie a-b angegeben ist;

F i g. 4 zeigt in einem Längsschnitt die Kupplung zwischen dem Werkzeugantrieb und dem Werkzeugträger;

F i g. 5 zeigt in größerem Maßstab und teilweise im Schnitt einen Rastbolzen und eine Rastbuchse zur genauen Positionierung des Werkzeugträgers in der Wechselvorrichtung;

F i g. 6 zeigt eine Einzelheit der F i g. 3, wobei diese Figur im Längsschnitt den Paßbolzen zur genauen Positionierung des Werkzeugträgers in der Wechselvorrichtung darstellt;

Fig. 7 zeigt im Schnitt die Lage des Paßbolzens in seiner Paßbuchse;

Fig. 8 bis 11 zeigen Symbole zur Erläuterung der Fig. 12 bis 14;

Fig. 12 zeigt eine Draufsicht auf eine Transfermaschine;

Fig. 13 zeigt ein Beispiel für eine zweiseitig arbeitende Maschine mit Rundtisch;

F i g. 14 zeigt eine Maschine, bei der das auf einem Rundtisch befestigte Werkzeug zusätzlich auf einem Schiebetisch in Längsrichtung in mehrere Arbeitsstationen hin und her verschoben werden kann.

In den Abbildungen weist das eigentliche Maschinengestell 1 auf seiner Oberseite eine Schlittenführung 5 auf, auf der ein Bohrkopf-Schlitten 6 mit einem Bohrkopf 7 geführt ist. Unterhalb des Flansches 8 am Werkzeugträger oder Bohrkopf 7 ist die Einrichtung zum Positionieren, Verriegeln und Kuppeln des Bohrkopfes angebracht, die einen wesentlichen Teil der Erfindung darstellt.

Das Maschinengestell 1 ist mit einem Werkstückträgergestell 2 verschraubt, das im dargestellten Ausführungsbeispiel einen flachen Rundtisch 3 trägt, auf dem das zu bearbeitende Werkstück 4 aufgespannt ist.

Mit dem Maschinengestell 1 ist ein Portalträger 9 verschraubt, der die Hub- und Wendevorrichtung 10 trägt.

Am hinteren Ende der Maschine befindet sich ein Werkzeug- oder Bohrkopfmagazin 11, das im gezeichneten Ausführungsbeispiel als Wendemagazin zur Aufnahme von zwei weiteren Bohrköpfen ausgebildet ist. Das Magazin 11 besteht im wesentlichen aus einem um eine vertikale Achse elektrisch oder durch Druckluftantrieb um 180° drehbaren Balken 51, der beiderseits seiner vertikalen Mittelachse je einen Werkzeugträger oder Bohrkopf 7 aufnehmen kann. Die Bewegung eines Bohrkopfes 7. zur Hub- und Wendevorrichtung 10 erfolgt hier durch einen Druckluftzylinder 12.

Die Horizontalbewegung des Schlittens 6 entlang der Schlittenführung 5 wird durch ein Nutenfeld 55 gesteuert, dessen Schaltnocken mit einer Schalt-

vorrichtung 56 zusammenarbeiten, die am Maschinengestell 1 befestigt ist.

Der Schlitten 6 wird auf der auf dem Maschinengestell 1 vorgesehenen Schlittenführung 5 geführt, wobei auf der Rückseite des Maschinengestells 1 der Antrieb 57 für den Schlitten 6 und ein Getriebe 58 dargestellt ist, von dem aus die Antriebskraft des Antriebes 57 über eine Gewindestange 59 und eine am Schlitten 6 befestigte Gewindemuffe 60 auf den Schlitten übertragen wird (s. Fig. 2). Auf dem Schlitten 6 ist der Werkzeugantriebsmotor 50 starr befestigt. Er treibt über ein im Werkzeugträger 7 angeordnetes Getriebe 62 die Bohrspindeln 61 an.

Die vor dem Werkzeugantrieb 50 befestigte Positioniervorrichtung 13 dient zum Einsetzen und Befestigen des Werkzeugträgers 7 im Schlitten 6 und nimmt gleichzeitig die Kupplung zwischen dem Werkzeugträger 7 und dem Werkzeugantrieb 50 auf.

Der Werkzeugträger oder Bohrkopf 7 besteht aus einem Gehäuse, in dessen Innerem das Getriebe 62 angeordnet ist und in dem die Bohrspindeln 61 gelagert sind. Auf der Oberseite des Gehäuses ist ein Tragbügel 14 befestigt (s. auch F i g. 1), der etwa genau über dem Schwerpunkt des Werkzeugträgers 7 liegt. An diesem Tragbügel 14 wird der Werkzeugträger 7 von der Hub- und Wendevorrichtung 10 erfaßt.

Die Hub- und Wendevorrichtung 10 besteht aus dem Portalträger 9, auf dessen Oberseite zwei Führungssäulen 17 senkrecht befestigt sind (s. Fig. 2). Die Führungssäulen 17 führen einen vertikal verschieblichen Schlitten 16, der mittels einer Druckluftzylinderanordnung 18 senkrecht auf und ab bewegt werden kann. Am oberen und am unteren Ende des Führungsschlittens 16 ist je ein Gleitring 19 befestigt, auf denen eine Trommel 20 um eine Vertikalachse drehbar am Schlitten 16 angeordnet ist. Die Trommel 20 trägt zwei diametral einander gegenüberliegende Greifer 21, die an ihren unteren Enden kleine ausladende Konsolen 63 aufweisen. Mit diesen Konsolen können die Greifer 21 unter die Tragbügel 14 der Werkzeugträger 7 greifen. Auf der Oberseite der Konsolen 63 sind kurze Aufnahmebolzen 25 befestigt, die, wenn sich der Werkzeugträger 7 auf dem Schlitten 6 in der voll zurückgezogenen Stellung befindet, genau mit Aufnahmebuchsen in den Tragbügeln 14 der Werkzeugträger 7 fluchten.

Am oberen Ende der Säulen 17 ist eine Drehscheibe 22 angeordnet, die über ein Ritzel 64 und einen an der Drehscheibe 22 befestigten Zahnkranz 65 von einem Drehantrieb 23 in Drehrichtung angetrieben werden.

Die Trommel 20 weist auf ihrer Oberseite einen Mitnehmerbolzen 26 auf, der in Hubstellung der Hub- und Wendevorrichtung 10 mit einer Aussparung 27 auf der Unterseite der Drehscheibe 22 in Eingriff kommt.

Auf der Rückseite des Maschinengestells 1 ragen in geradliniger Verlängerung der Schlittenführung 5 zwei Wangen 71 vom Maschinengestell weg, zwischen denen eine Rollenbahn 70 gelagert ist. Mindestens eine der Rollen, hier die Rolle 28, weist einen Antrieb auf. Die Höhenlage der Rollenbahn 70 ist derart, daß beim Absenken der Hub- und Wendevorrichtung 10 der am hinteren Träger 21 anhängende Werkzeugträger 7 auf der Rollenbahn 70 aufsetzt, derart, daß in der voll abgesenkten Stellung der Hub- und Wendevorrichtung 10 die Aufnahmebolzen 25 außer Eingriff von den Aufnahmebuchsen 24 in den Tragbügel 14 kommen.

Das dargestellte Wendemagazin befindet sich hinter dem Maschinengestell 1 in der Verlängerung der Wangen 71 und besteht aus einer senkrechten Standsäule 66, um die herum eine Drehsäule 67 drehbar gelagert ist. Ein schematisch bei 68 dargestellter Antrieb dient zum Drehen der Drehsäule 67. Auf der Drehsäule 67 ist der Träger 51 befestigt, der hier aus zwei seitlichen Wangen besteht, zwischen denen eine Rollenbahn 69 angebracht ist. Auch hier kann eine oder können mehrere Rollen der Rollenbahn 61 einen Antrieb besitzen.

Es kann auch ein anderes bekanntes Magazin verwendet werden, z. B. ein Elevator, der in seinen Elevatorgliedern je einen Mehrspindel-Werkzeugträger 7 aufnimmt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Sobald der Bohrkopf 7 seine Arbeit am Werkstück beendet hat, fährt der Bohrkopfschlitten 6 durch ein elektrisches Kommando (Nutenfeld 55) in seine hintere Grundstellung zurück. Diese wird durch elektrische Grenztaster und Nocken so festgelegt, daß sich in dieser Stellung der Tragbügel 14 mit seinen Aufnahmebuchsen 24 genau über den Aufnahmebolzen 25 der Greifer 21 befindet. Durch das Grenztaster-Signal werden zuerst die Entriegelung des Bohrkopfes in der Positioniervorrichtung 13 und die Lösung der Kupplung zum Antrieb 50 veranlaßt. Danach wird über ein Magnetventil die Aufwärtsbewegung des Kolbens im Druckzylinder 18 eingeleitet, wobei durch diesen Kolben am Schlitten 16 und die Trommel 20 mit den zwei an den beiden Konsolen 63 hängenden Werkzeugträgern 7 angehoben werden. Die Säulenführung ist so lang, daß in der höchsten Hubstellung der Trommel 20 diese um 180° gedreht werden kann, ohne daß die Werkzeugträger 7 gegen Teile des Maschinengestells 1 anstoßen.

In dieser höchsten Hubstellung der Trommel 20, welche durch elektrische Grenztaster und Magnetventil oder auch durch ein mechanisch betätigtes Ventil festgelegt wird, greift der Mitnehmerbolzen 26 der Trommel 20 in die Ausnehmung 27 der Drehscheibe 22 ein. Diese Drehscheibe 22 wird nun durch den Drehantrieb 23, der durch elektrische Signale eingeschaltet wird, um genau 180° gedreht. Ein weiteres Signal in dieser Stellung bewirkt, daß der Druckluftkolben 18 wieder in seine Ausgangsstellung abgesenkt wird. Dadurch wird der vorher in Bereitschaft gehaltene Werkzeugträger 7 in die Positioniervorrichtung 13 eingeführt, während der Werkzeugträger 7, der seine Bohrarbeit beendet hat, auf die Rollenbahn 70 transportiert wird.

Die Verriegelung des Werkzeugträgers 7 in der Positioniervorrichtung 13 erfolgt über ein elektrisches bzw. pneumatisches Signal, woraufhin der Bohrkopfschlitten 6 wieder vorfährt und den Bohrkopf in Arbeitsstellung am Werkstück 4 bringt.

Während der nun folgenden eigentlichen Arbeitszeit kann auf der hinteren Seite der Hub- und Wendevorrichtung der nicht mehr gebrauchte Werkzeugträger 7 entfernt und ein neuer Werkzeugträger 7 in Bereitschaftsstellung über die Konsole 63 geführt werden.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt das

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vorher beschriebene Wendemagazin. Die ange- der Werkzeugträger 7 selbst in allen Freiheitsgraden triebene Rolle 28 treibt den Bohrkopf 7 von seiner mit dem Schlitten 6 verriegelt. Nun erfolgt durch Stellung zwischen den Wangen 71 in die in strich- ein entsprechendes elektrisches Signal die Anpunktierten Linien dargestellte Stellung. Dann be- kuppelung des Werkzeugträgers 7 an den Werkzeugginnt der Wendeantrieb 68 die Drehsäule 67 und da- 5 antrieb 50.

mit den Träger 51 zu drehen, bis dieser sich um Eine dazu verwendbare Kupplungsvorrichtung ist 180° gedreht hat. Nun wird der auf dem Träger 51 in Fig. 4 dargestellt. Zum Ankuppeln ist eine in ausgezogenen Linien dargestellte Werkzeugträger 7 normale und handelsübliche magnetische Zahnetwa durch eine angetriebene Rolle der Rollenbahn kupplung bzw. Klauenkupplung geeignet. Auf der 69 zwischen die Wangen 71 geführt und befindet io Bohrkopf antriebswelle 41 ist eine Zahn- bzw. sich in Bereitschaftsstellung über der Konsole 63. Klauenmuffe 42 befestigt. Auf der Motorantriebs-Mit Hilfe einer bekannten Vorwahl-Steuerung ist welle 54 ist die entsprechende Gegenmuffe 43 durch es möglich, den Entnahmevorgang aus dem Magazin Magnet verschiebbar, und zwar gegen die Kraft einer zu automatisieren, wobei der jeweils benötigte Rückstellfeder 44. Hat der Werkzeugträger 7 seine Werkzeugträger in die Bereitschaftsstellung gebracht 15 richtige Stellung in der Positioniervorrichtung 13 erwird. Derartige automatisch arbeitende Anlagen sind reicht und ist in dieser in der beschriebenen Weise aus der Fördertechnik hinreichend bekannt. verriegelt, so bewirkt ein elektrisches Signal das Ein-Die Positioniervorrichtung 13 ist in F i g. 3 im schalten der Kupplung und Anschließen des Motors einzelnen dargestellt. Mit dem Werkzeugträger 7 ist 54. Dieser wiederum gibt das Signal für das Vorein Rahmen 29 fest verschraubt. Am Maschinen- 20 fahren des Schlittens 6.

schlitten 6 ist ein U-förmiger, oben offener Auf- Die Verriegelung des Werkzeugträgers 7 muß sehr nähme träger 30 starr befestigt. In den Kopfenden genau erfolgen, und es ist daher erforderlich, Maß- und im unteren Riegel des U-förmigen Trägers 30 nahmen gegen Lagefehler zu treffen, welche unter sind zylindrische Rastbuchsen 36 angeordnet. Mit dem Einfluß von Schmutz, Staub und Spänen entdiesen fluchten ebenso zylindrische Rastbolzen 35, 25 stehen können. Dies geschieht gemäß einer bedie am Rahmen 29 befestigt sind. sonderen Ausführungsform der Erfindung vor allem Im Rahmen 29 sind horizontal angeordnete und dadurch, daß die Lagefestlegung ausschließlich durch miteinander fluchtende Paßbuchsen 39 und 40 ange- praktisch scharfkantig, d. h. so scharf wie praktisch ordnet, in denen ein Paßbolzen 31 horizontal gleit- möglich ausgebildete Paßbolzen ausgeführt wird. Dabar gelagert ist. Dieser Rastbolzen 31 weist Nuten 3° durch wird vermieden, daß sich Berührungsflächen 72 auf, die mit einer im Rahmen 29 angeordneten, zwischen den Paßbolzen und ihren zugehörigen federnd gelagerten Kugel 32 eine Kugelrastung Hülsen flächig senkrecht aufeinander zu bewegen bilden. und gegeneinandergedrückt werden, wobei Schmutzin Verlängerung der Paßbuchsen 39 und 40 sind oder Staubteilchen auf diesen Flächen festgedrückt im Träger 30 Paßbuchsen 52 und 53 angeordnet. Die 35 werden und dadurch Lageänderungen der Paßbolzen Paßbuchse 52 ist durch einen Stopfen 73 ver- gegenüber ihren Hülsen entstehen könnten. Ein schlossen, der auf seiner Innenseite einen kegel- praktisch scharfkantig ausgeführter Paßbolzen dastumpfförmigen Vorsprung 49 (s. F i g. 6) aufweist. gegen schiebt entweder die Schmutzteilchen vor sich Desgleichen weist der Paßbolzen 31 eine kegel- her, oder er zerschneidet sie, wenn die Kante gestumpfförmige Aussparung in seinem Kopfende auf. 40 nügend Härte hat. Als scharfkantig ist eine Bolzen-In der Paßbuchse 53 ist ein Kolben 37 geführt, kante anzusehen, wenn sie keine größere Rundung der mittels einer Druckluft-Zylinderanordnung 38 als 0,02 bis 0,05 mm hat.

horizontal in Richtung der Längsachse des Paß- F i g. 5 zeigt, teilweise im Schnitt, einen Rastbolzen bolzens 31 verschieblich ist. Der Kolben 37 und der 35 mit seiner zugehörigen Rasthülse 36. Der Bolzen-Paßbolzen 31 greifen durch hakenförmige Vor- 45 durchmesser ist abgestuft, wobei am vorderen Ende sprünge 45, 46 ineinander. Die Einzelheiten dieser des Bolzens ein kleinerer Durchmesser d₂ und am Paßbolzenverriegelung werden an Hand der F i g. 6 hinteren Ende des Bolzens vor seiner Befestigung im und 7 noch näher erläutert. Rahmen 29 ein größerer Durchmesser d_i vorgesehen Im Betrieb wird der Werkzeugträger 7 mit dem an ist. Der Teil des Bolzens 35, der den Durchmesser d₂ ihm befestigten Rahmen 29 durch die Greifarme 21 50 hat, wird als Vor-Führung und der mit dem Durchbeim Absenken der Hub- und Wendevorrichtung in messer d₁ ausgeführte Teil als Genau-Führung beden Träger 30 abgesenkt. Dabei legen die Greifarme zeichnet. In der Praxis ist d₂ etwa 0,02 bis 0,05 mm 21 durch die Aufnahmebolzen 25, die mit den Auf- kleiner als d_v Die Toleranzen der Genau-Führung d₁ nahmebuchsen 24 in dem Tragbügel 14 zusammen- des Bolzens in der Rasthülse 36 entsprechen einem arbeiten, die Lage des Werkzeugträgers 7 über der 55 Gleitsitz der Isa-Klasse 5. Innerhalb der durch diese Positioniervorrichtung 13 fest. Beim Absenken des Toleranzen möglichen Abweichungen liegt die Werkzeugträgers 7 wird der Rahmen 29 zunächst Positioniergenauigkeit des Bohrkopfes,
durch die drei Rastbolzen 35 in den Rastbuchsen 36 Im Ausführungsbeispiel ist der Rastbolzen 35 mit des Trägers 30 aufgenommen. einer kegeligen Spitze 74 ausgeführt, an die sich zuWenn sich beim Absenken des Werkzeugträgers 7 60 nächst ein mit dem Durchmesser d₂ ausgeführtes der Paßbolzen 31 und der Kolben 37 etwa in gleicher zylindrisches Teil anschließt. Sodann ist eine rundum Höhe befinden, wird die Kolben-Zylinder-Anordnung laufende Nut vorgesehen, an die sich die mit dem 38 durch ein elektrisches Signal und über ein Durchmesser d_} ausgeführte zylindrische Genau-Magnetventil nach innen verschoben. Führung anschließt. Im Übergang zur Genau-Führung Hierbei dringt der Kolben 37 in die Paßbuchse 39 6₅ ist die Nut mit einer unter einem spitzen Winkel a im Rahmen 29 ein, wobei dieser den Paßbolzen 31 verlaufenden scharfen Kante versehen, die eine Anin die Paßbuchse 52 des Trägers 30 schiebt. Nun ist lagerung von Schmutz oder Staub an der Innenwand der Rahmen 29 des Werkzeugträgers 7 und damit der Hülse 36 verhindert.

F i g. 6 zeigt den Paßbolzen 31 mit dem Kolben 37 in größerem Maßstab. Ebenso wie beim Rastbolzen 35 sind der Kolben 37 und der Paßbolzen 31 in eine Vor-Führung d₂ und eine Genau-Führung ^₁ unterteilt.

Hier ist auch deutlicher zu erkennen, daß der Kolben 37 an seinem Ende einen nach oben offenen hakenförmigen Vorsprung 46 und der Paßbolzen 31 einen nach unten offenen hakenförmigen Vorsprung 45 hat, die beim Einsetzen des Werkzeugträgers 7 in den Träger 30 miteinander in Eingriff kommen. Auf diese Weise ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Kolben 37 und dem Paßbolzen 31 hergestellt. Die Berührung des Kolbens 37 mit dem Paßbolzen 31 erfolgt in einer Richtung auf einer Schrägen 47. Der Paßbolzen 31 läßt sich, in der Bildebene der F i g. 6 gesehen, so weit nach rechts verschieben, bis seine kegelige Bohrung 48 sich über den kegeligen Vorsprung 49 des Stopfens 73 schiebt. Dieser kegelige Vorsprung 49 ist etwas exzentrisch ausgeführt, so daß die Berührung mit der Ausnehmung 48 entlang einer Mantellinie erfolgt, wie das im Schnitt in Fi g. 7 dargestellt ist.

Die Kraft des Antriebskolbens 38 erzeugt dadurch in der Endstellung des Bolzens 31 an den Enden je eine Kraftkomponente, durch welche der Bolzen 31 und der Kolben 37 festgeklemmt werden. Hierdurch wird jegliches Spiel in den Bolzenfassungen beseitigt. Der Bohrkopf nimmt dadurch innerhalb der gegebenen Toleranzen immer die gleiche Stellung ein, und zwar unbeeinflußt von Schmutz, Staub oder Spänen.

Im Normalfalle sind also die Rastbolzen 35 und der Paßbolzen 31 in ihre entsprechenden Hülsen eingeführt, so daß der Werkzeugträger 7 korrekt am Schlitten 6 befestigt ist. Für den sehr seltenen Ausnahmefall, daß die Rastbolzen 35 oder der Paßbolzen 31 durch Fremdkörper am Eintritt in ihre Hülsen gehindert werden, kann man elektrische Kontakte vorsehen, welche an der Werkzeugträgeraufnahme angebracht sind und die Maschine stillsetzen, bis der Fehler beseitigt ist.

Die Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung, so wie sie an Hand der hier gegebenen Beschreibung dargestellt wurde, weist also drei Hauptelemente auf:

1. Eine an sich bekannte mehrspindelige Werkzeugmaschine, insbesondere eine der bekannten Aufbau-Werkzeugmaschinen mit Mehrspindel-Werkzeugträgerkopf, welche aus genormten Baueinheiten zusammengesetzt werden,

2. die beschriebene Positioniervorrichtung (13) zur Aufnahme des Werkzeugträgers, welche die genaue Lagefestlegung mehrspindeliger Werkzeugköpfe und ihre Kupplung mit dem Antrieb innerhalb weniger Sekunden ermöglicht,

3. die Hub- und Wendevorrichtung (10), welche den Wechsel der mehrspindeligen Werkzeugköpfe zwischen einer genau bestimmten Bereitschaftsstellung und einer genau bestimmten Arbeitsstellung in wenigen Sekunden gestattet, wobei diese Hub- und Wendevorrichtung gegebenenfalls mit einem Werkzeugträgermagazin zusammenarbeitet, das in gesteuerter Folge die erforderlichen Werkzeugträger an die Hub- und Wendevorrichtung abgibt.

Alle Bewegungen und Vorgänge dieser Elemente sind durch zweckentsprechende Steuerungen aufeinander abgestimmt.

Für die Anwendung vielspindeliger Werkzeugmaschinen, insbesondere von Aufbau-Werkzeugmaschinen, erschließt die beschriebene Kombination eine Vielzahl neuer Möglichkeiten, welche nachfolgend an Hand einiger wesentlicher Beispiele erläutert werden. Die Fig. 12, 13 und 14 zeigen diese Beispiele in der Draufsicht, wobei die Fig. 8 bis 11

ίο die in diesen Darstellungen verwendeten Symbole angeben.

F i g. 8 zeigt das Symbol für einen Werkstückträger mit Werkstück.

F i g. 9 zeigt das Symbol für eine Werkzeugmaschinen-Einheit mit Mehrspindel-Werkzeugkopf. Fig. 10 zeigt das Symbol für eine Hub- und Wendevorrichtung zum automatischen Wechsel von Mehrspindel-Werkzeugträgern.

Fig. 11 zeigt das Symbol für einen Werkstückträger mit automatisch teilendem Rundtisch.

Schon die einfachste Ausrüstung der Maschine, d. h. ohne den Zusatz einer Magazineinrichtung, erweitert den Anwendungsbereich einer mehrspindeligen Maschinen-Einheit, da stets zwei Werkzeugköpfe verwendbar sind. So kann man z. B. mit einer Maschine mehrspindeliges Bohren und anschließend mehrspindeliges Gewindebohren durchführen. Da die Arbeitszeiten für das Gewindebohren meist nur Bruchteile der eigentlichen Bohrzeiten ausmachen, erspart das Wechseln der Bohrköpfe eine zweite Maschinen-Einheit und erhöht die Ausnutzung der vorhandenen Maschine.

Dieser Vorteil fällt besonders bei Fertigungsreihen bzw. sogenannten Transfermaschinen ins Gewicht.

Fig. 12 zeigt die Draufsicht auf eine solche Transfermaschine in Symbol-Darstellung. Diese Maschine enthält acht mehrspindelige Maschineneinheiten, welche auf vier doppelseitigen Stationen angeordnet sind. Die Werkstücke werden auf der mittleren Bahn taktweise in Richtung des dargestellten Pfeils von Station zu Station gefördert.

Bei Werkstücken, welche in jeder Station neu gespannt werden, genügt die gezeichnete Anordnung. Sind jedoch Werkstückträger erforderlich, so müssen diese auf einer Rückführbahn, welche beispielsweise über der Maschine liegen kann, zur Anfangsstation zurückgefördert werden.

Von den gezeichneten acht Maschineneinheiten sind auf der rechten Seite drei und auf der linken Seite zwei Einheiten mit Bohrkopfwechsel ausgerüstet. Hier kann z. B. der Fall vorliegen, daß, in Förderrichtung gesehen, die dritte Station rechts die längste Arbeitszeit benötigt, etwa für eine schwere Ausbohrarbeit. Die Zeitdifferenz kann dann bei den übrigen Stationen mit kürzerer Arbeitszeit für einen weiteren Arbeitsgang ausgenützt werden. Für diese Arbeitsgänge mußten bei den bisher gebräuchlichen Transfermaschinen zusätzliche Stationen angeordnet werden. Beträgt die Länge der Transfermaschine mit Bohrkopfwechsel L₁, so würde sie ohne diesen Bohrkopfwechsel die Länge L₉ haben, was der strichpunktierten Darstellung in F i g. 12 entspricht. ·

Rüstet man zudem die dargestellte Maschine auch an den drei ohne Werkzeugträgerwechsel ausgebildeten Stationen mit der schnell wechselbaren Werkzeugträger-Aufnahme gemäß F i g. 3 aus, so ergibt sich eine weitgehend universelle Transfermaschine.

Eine solche Maschine kann in kürzester Zeit auf die Bearbeitung eines anderen Werkstückes umgestellt werden. Hierin liegt ein entscheidender Vorteil der beschriebenen Werkzeugträger-Aufnahmevorrichtung. In Maschinenfabriken mit mittleren und kleineren Stückzahlen konnte die Leistungsfähigkeit von Transfermaschinen bisher nur selten voll ausgenützt werden. Durch schnelle Umrüstung auf andere Werkstücke ist es jetzt möglich, viele Werkstücke auf einer einzigen Transfermaschine einzuplanen und hierfür nur die ohnedies erforderlichen Werkzeuge auf Mehrspindelköpfen bereitzustellen. Die Umstellung auf ein anderes Werkstück, die heute bisweilen einen tagelangen oder wochenlangen Umbau erfordert, kann nun fast ohne Arbeitsunterbrechung durchgeführt werden, wenn alle Arbeitsstationen in der beschriebenen Weise ausgestaltet sind.

Die Werkzeugträgerköpfe für ein neues Werkstück können vorbereitet und in Bereitschaft gehalten werden, und es genügt dann ein Druckknopfimpuls, um die Maschine innerhalb weniger Sekunden umzustellen.

Das Beispiel einer gemäß der Erfindung schnell umstellbaren Transfermaschine ist besonders anschaulich, weil diese sehr aufwendigen Maschinen bisher nur für große Stückzahlen eines einzigen Werkstückes wirtschaftlich waren, heute aber durch die sekundenschnelle Umstellung auf ein anderes Werkstück auch bei kleineren Serien wirtschaftlich einsetzbar sind.

Ebenso bedeutend ist die Erfindung für alle Arten von Sonder-Werkzeugmaschinen, insbesondere für Aufbau-Werkzeugmaschinen, die bisher vorwiegend für einzelne Werkstücke gebaut wurden, welche in großen Stückzahlen vorkommen.

Besonders in kleineren und mittleren Betrieben werden die leistungsfähigen Aufbau-Werkzeugmaschinen verhältnismäßig selten verwendet, da die Fertigung häufig umgestellt werden muß. Die Umbauzeiten und die Umbaukosten mehrspindeliger Werkzeugköpfe zehren in diesen Fällen häufig den Arbeitszeitgewinn der mehrspindeligen Bearbeitung wieder auf.

Diesem Nachteil hilft die Erfindung ab. Sie gibt die Möglichkeit, Aufbauwerkzeugmaschinen auch in kleineren Betrieben zu verwenden.

Fig. 13 zeigt ein Beispiel für eine zweiseitig arbeitende Maschine mit Rundtisch. Ohne Bohrkopf-Wechsel könnten mit dieser Maschine nur zwei Seiten eines Werkstückes bearbeitet werden, es sei denn, die Bearbeitungsbilder an zwei anstoßenden Seiten würden übereinstimmen.

Die Ausrüstung mit Bohrkopfwechsel macht diese Maschine so universell, daß eine ganze Reihe von Werkstücken, weiche vierseitige Bearbeitung erfordern, auf dieser Maschine zur Fertigung eingeplant werden können.

F i g. 14 zeigt eine Maschine, bei welcher das auf einem Rundtisch befestigte Werkstück zusätzlich auf einem Schiebetisch in Längsrichtung zu mehreren Arbeitsstationen hin verschoben werden kann. Diese Maschine ermöglicht eine so vielseitige Folgebearbeitung, daß nahezu jedes kastenförmige Werkstück bei entsprechender Gestaltung der Spannvorrichtung darauf vollständig bearbeitet werden

ao kann.

Die in den F i g. 12 bis 14 schematisch dargestellten Maschinen sind nur typische Beispiele aus einer unübersehbaren Vielzahl von Möglichkeiten. Nach den in der Technik für Aufbauwerkzeugmaschinen üblichen Bezeichnungen gehört F i g. 12 zur Gruppe der Fließtaktmaschinen bzw. Transfermaschinen, F i g. 13 zur Gruppe der Rundtaktmaschinen und F i g. 14 zur Gruppe der Reihentaktmaschinen. Jede dieser Gruppen enthält eine Vielzahl von Bauformen, da sowohl die Zahl der verwendeten Einheiten als auch ihre räumliche Anordnung verschieden sein können.

Bei Fig. 13 können z. B. auch mehrere Einheiten sternförmig angeordnet werden. Bei F i g. 14 könnte es gegebenenfalls völlig ausreichen, wenn nur zwei Einheiten auf einer Seite des Schiebetisches angebracht würden.

Die Erfindung bietet dem Konstrukteur die gleiche Freizügigkeit des Gestaltens, wie sie bei Verwendung genormter Baueinheiten gegeben ist. Darüber hinaus sind die so geschaffenen Maschinen nicht nur für bestimmte Werkstücke geeignet, sondern können von der Fertigungsplanung aus vielseitig belegt werden. Die Maschinen können ferner den Betriebsaufgaben mit einem Mindestaufwand genauer angepaßt werden, als dies bei den bisher bekannten Aufbau-Werkzeugmaschinen möglich war.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen