DE1652699B2 - Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Ständer und einer ortsfesten Arbeitsspindel zur Aufnahme verschiedener Werkzeuge zum Durchführen einzelner Arbeitsoperationen, und mit einem Aufspanntisch, der von dem Ständer verschieblich getragen wird zum Aufnehmen eines Werkstückes in Bearbeitungsstellung relativ zur Spindel.

Bei modernen Werkzeugmaschinen ist es häufig notwendig, die Werkzeuge in der Werkzeughalterung der Spindel 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 eine Drehung das erforderliche Werkzeug an die Bearbeitungsstelle bringt, an der es aus dem Mehrfachwerkzeughalter in Arbeitsstellung ausgeschoben und dabei gegebenenfalls mit einem 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 (US-PS 29 01 927). Diese bekannten Anordnungen benötigen zwar nur eine einfache Umsetzvorrichtung zum Austauschen der Werkzeuge zwischen Magazin und Werkzeughalterung, jedoch muß an der Bearbeitungsstelle der vom Magazin wenigstens während des Werkzeugwechsels benötigte Platz vorgesehen werden, wodurch höhere Kosten entstehen und die Schwingungsneigung der Maschine durch die notwendigen größeren Stützlängen gefördert wird.

Weiterhin ist eine Werkzeugmaschine mit einem Doppelspindelrevolverkopf bekannt, bei dem jeweils die eine Spindel in Arbeitsstellung liegt, während die andere Spindel in einer Umsetzstellung achsparallel zu dem an der Umsetzstelle liegenden Werkzeug im Werkzeugspeicher etwa auf gleicher Höhe mit diesem liegt, so daß durch einen einfachen Werkzeugwechselarm das Umsetzen der Werkzeuge zwischen de.m Werkzeugspeicher und der in Umsetzstellung liegenden Spindel erfolgen kann (TZ für praktische Metallbearbeitung, Heft 2, Februar 62, Seite 52, Bild 5). Bei dieser bekannten Anordnung liegen die beiden Spindeln im Doppelspindelrevolverkopf in einem spitzen Winkel zueinander, wobei die Drehachse des kegelförmig ausgebildeten Werkzeugspeichers rechtwinklig zur Drehachse der Spindel in Arbeitsstellung liegt Durch die Ausbildung der Arbeitsspindel als drehbarer Doppelspindelrevolverkopf wird diese Werkzeugmaschine konstruktiv verhältnismäßig aufwendig, was bei kleineren und einfacheren Werkzeugmaschinen aus Kostengründen vermieden werden soll.

In der FR-PS 12 36 668 ist eine Werkzeugmaschine mit einer selbsttätigen Werkzeugwechselvorrichtung beschrieben, bei der die Arbeitsspindel in einem Kreuzschlitten angeordnet ist, während seitlich am Kreuzschlitten ein drehbares Werkzeugmagazin angeordnet ist, dessen Drehachse senkrecht zur Achse der Arbeitsspindel angeordnet ist Zwischen der Arbeitsspindel und dem Werkzeugmagazin ist in der wechselgerechten P.elativlage ein doppelarmiger Werkzeugwechselgreifer vorgesehen, der durch entsprechende Schwenk- und Axialbewegungen das in der Umsetzstellung des Magazins liegende Werkzeug gegen das Werkzeug in der Arbeitsspindel austauscht. Diese Lösung ist insofern nachteilig, als wegen der Anordnung des großen und schweren Magazins am Kreuzschlitten zusammen mit dem Werkzeugwechselarm die Führung des Kreuzschlittens sehr aufwendig konstruiert sein muß, um die notwendigen Fertigungsgenauigkeiten erzielen zu können. Außerdem muß der Antrieb sowohl für den Werkzeugwechselarm als auch für das Magazin im Kreuzschlitten angeordnet werden. Diese bekannte Lösung ist daher ebenfalls nicht für kleinere und einfachere Werkzeugmaschinen geeignet.

Aus der Zeitschrift »Maschinenbautechnik«, 1961, Heft 9, Seite 482, Bild 7 ist ein Prinzip für einen automatischen Werkzeugwechsel an Bohrwerken bekanntgeworden. Hierbei ist seitlich am Ständer ein drehbares Magazin angeordnet, bei dem die gespeicherten Werkzeuge radial vorstehen, während an der

so Vorderseite der Werkzeugmaschine in der zur Umsetzstellung wechselgerechten Relativlage ein doppelarmiger Werkzeuggreifer angeordnet ist. Die Arbeitsspindel ist in einem senkrecht verfahrbaren Maschinenteil vorgesehen, wobei die Arbeitsspindel auch in ihrer Axialrichtung ausfahrbar ist. Für einen Werkzeugwechsel muß die Arbeitsspindel sowohl in senkrechter Richtung als auch in Axialrichtung in die wechselgerechte Relativlage zu dem fest am Ständer angeordneten Werkzeugwechselarm eingefahren werden. Obwohl diese Anordnung einfacher ist als die voranstehend diskutierten Werkzeugwechselvorrichtungen, ist es dennoch notwendig, die Arbeitsspindel für jeden Werkzeugwechselvorgang in die wechselgerechte Relativlage einzufahren. Dies bedeutet für eine rationelle Fertigung einen erheblichen Nachteil, da sich hierdurch erhebliche Totzeiten ergeben können.

Demnach ist es die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, von dem zuletzt erwähnten

Stand der Technik ausgehend, die gattungsgemäße Werkzeugmaschine derart weiterzubilden, daß mit einfachsten Mitteln ein Werkzeugwechsel automatisch ausgeführt werden kann, so daß auch eine einfache Ständermaschine, etwa eine Horizontal- oder Vertikalfräsmaschine einfacher Bauart mit einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung in modernen automatisierten Fertigungsstraßen eingebaut werden oder in der Kleinserienfertigung automatisch arbeiten kann. Hierbei kommt es wesentlich darauf an, daß der Werkzeugwechsel sehr schnell durchgeführt werden kann und die Werkzeugwechselvorrichtung keine zusätzlichen aufwendigen Konstruktionsmerkmale an der Werkzeugmaschine selbst bedingt

Diese Aufgabe wird durch die kombinatorische ortsfeste Zuordnung der in dem Anspruch genannten, an sich bekannten Merkmale gelöst

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird bei einer normalen Ständermaschine mit festliegender Spindel und in der Vorschubbewegung bewegbaren Arbeitstisch ein automatischer Werkzeugwechsel in besonders einfacher Weise möglich. Da Arbeitsspindel, Werkzeugwechselarm und Werkzeugspeicher stets in der wechselgerechten, festen Lage zueinander angeordnet sind, kann der Werkzeugwechsel ohne jede Vorbereitungszeit sofort durchgeführt werden. Es kommt hinzu, daß durch die Anordnung des Werkzeugspeichers oben auf dem Ständer ersterer in möglichst großer Entfernung von dem Arbeitsbereich der Arbeitsspindel vorgesehen ist. Der Antrieb für den Werkzeugwechselarm und den Speicher befindet sich oben auf dem Ständer der Werkzeugmaschine, so daß aus diesem Grund keine besonderen konstruktiven Maßnahmen bei der ansonsten einfach und robust aufgebauten Werkzeugmaschine vorgesehen zu werden brauchen.

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

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht des oberen Abschnittes einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugspeicher- und -wechselvorrichtung,

F i g. 2 einen senkrechten Teilquerschnitt durch den oberen Abschnitt der Werkzeugmaschine, F i g. 2A einen Schnitt durch eine Einzelheit,

F i g. 3 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht der Speichertrommel,

Fig.4 einen Teilschnitt des Speichertrommelantriebs, F i g. 5 eine Teilansicht der Einstelleinrichtung,

Fig.6 eine Teilansicht von zwei Werkzeughaltern mit Codierungsanordnung,

Fig.7 einen Längsschnitt entlang der Liute 7-7 in Fig.2,

Fig.8 einen Schnitt durch die Vorrichtung zum Verriegeln eines Werkzeuges in der Werkzeugwechselvorrichtung,

F i g. 9 eine Draufsicht auf einen Werkzeuggreifer,

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie 10-10 in Fig. 3,

Fig. 11 bis 11F schematische Schrägansichten des Wechselarmes in verschiedenen Stellungen während eines Wechselzyklus.

Die Werkzeugmaschine (Fig. 1) weist ein Maschinengestell mit einem Ständer 26 auf, der eine obere ebene Fläche 27 hat. Ein Gestell 28, das eine an der Fläche 27 anliegende Fläche aufweist, ist am Ständer 26 mittels Schrauben 31 befestigt. Das Gestell 28 trägt drehbar auf seinem oberen Abschnitt in einer geneigten Ebene eine Werkzeugspeichertrommel 32 (F i g. 1 und 3), Die Trommel 32 hat eine kegelige Umfangsfläche 34 mit mehreren um den Umfang verteilten Bohrungen 33, die Werlczeugträger zur Aufnahme von Werkzeugen 35, 36 und 37 bilden, die wahlweise in eine Werkzeugwechselstation 38 bewegt werden. Jede Bohrung 33 verläuft im Trommelumfang unter einem vorherbestimmten Winkel, so daß die Längsachse der Bohrung die Drehachse der Trommel 32 schneidet Der Winkel der Bohrungen 33 gegen die Trommeldrehachse ist so gewählt, daß die Längsachse eines Werkzeuges in der Werkzeugwechselstation parallel zur Längsachse der Arbeitsspindel verläuft

Außer der Trommel 32 trägt das Gestell 28 auch noch eine Werkzeugwechselvorrichtung 39. Die Wechselvorrichtung 39 besteht aus einem Werkzeugwechselarm 40, der an seinen entgegengesetzten Enden halbkreisförmige Werkzeuggreifer 42 und 43 hat Der Wechselarm 40 ist am Außenende einer Welle 44 zwischen der Speichertrommel 32 und einer im Ständer 28 drehbaren Arbeitsspindel 45 für ein Werkzeug 37 angeordnet Die Drehbewegungen des Werkzeugwechselarmes 40 werden wahlweise durch zwei feststehende, am Gestell 28 befestigte Anschläge 47 und 48 sowie durch einen axial beweglichen Anschlag 49 begrenzt. Durch koordinierte Bewegungen der Trommel 32, des Wechselarmes 40 und des Anschlages 49, mit Unterstützung durch die festen Anschläge 47 und 48 werden Werkzeuge zwischen der Speichertrommel 32 und der Werkzeugspindel 45 automatisch ausgewechselt

Der linke Mittelabschnitt der Welle 44 ist in einer im Gestell 28 sitzenden Büchse 92 gelagert und das rechte Ende weist eine außenliegende Keilnutverzahnung 97 auf, die in der Keilverzahnung 98 in einer Antriebshülse 101 gleitet. An ihrem geflanschten Mittelabschnitt ist die Welle 44 durch Lager 93 und 94 in einem axial beweglichen Lagerblock 96 gelagert. Die Antriebshülse 101 wird in zwei Lagern 102 und 103 des Gestelles 28 drehbar getragen. Der Antrieb der Antriebshülse 101 erfolgt mittels eines Schneckenrades 104, das auf das rechte Ende der Antriebshülse 101 aufgekeilt und mittels einer Gewindemutter 108 mit Klemmschraube 109 gesichert ist. Das Schneckenrad 104 wird von einer Schnecke 110 getrieben, die auf die Welle 111 eines Flüssigkeitsmotors 112 aufgekeilt ist.

Das linke Außenende der Welle 44 ist durch eine Scheibe 1115 und Schrauben 116 und 117 (F ig. 1 und 2) in eine Führungsbohrung 118 des Wechselarmes 40 eingesetzt Das Wellenende hat einen Schlitz 121 zur Aufnahme einer von der Scheibe 115 gebildeten Schulter. Die Scheibe 115 wiederum ist am Wechselarm 40 mit Schrauben 117 befestigt.

Die Axialbewegung des Wechselarmes 40 erfolgt mittels einer hydraulischen Antriebsvorrichtung 122, die einen auf dem Gestell 28 befestigten Zylinder 122/4 und eine axial bewegliche Kolbenstange 123 aufweist, die am Block 96 mit Gewindemuttern 124 und 125 befestigt ist; zu einer erfolgenden Bewegung des Wechselarmes 40 und der zugehörenden Welle 44 axial nach außen wird Druckflüssigkeit der Antriebsvorrichtung 122 über die Rohrleitungen 126 und 127 zugeführt, so daß eine Bewegung der Kolbenstange 123 und des mit der Kolbenstange verbundenen Blockes 96 nach links und auch eine Axialbewegung der Welle 44 erfolgt. Die Welle 44 (Fig.2) hat eine Schulter 130, die an dem inneren Laufring des Lagers 93 anliegt, um die Welle

axial nach außen mitzunehmen. Eine Unterlegscheibe 131, die an dem Innenlaufring des Lagers 94 anliegt, und in Anlage an diesem Lager durch einen Sprengring 132 gehalten wird, nimmt die Welle 44 nach rechts oder nach innen mit. Während der Axialbewegung wird das rechtsliegende Ende der Welle 44 in Treibeingriff mit der keilverzahnten Hülse 101 gehalten.

Gleichzeitig mit der nach links gerichteten Axialbewegung oder der nach außen gerichteten Axialbewegung des Wechselarmes 40 und der Welle 44 wird der bewegliche Anschlag 49 axial nach außen bewegt, und zwar sowohl mit der Welle 44 und dem Wechselarm 40. Der bewegliche Anschlag 49 weist eine Welle 140 auf, die einen einstückig geformten Radialflansch 141 und an ihrem Außenende (F i g. 2) eine Nut 142 hat.

Der linke Mittelabschnitt der Welle 140 wird in zwei im Gestell 28 getragene Büchsen 143 und 144 gleitend getragen. Am Innenende der Welle 140 befindet sich ein einstückig geformter Kolben 145 verringerten Durchmessers. Der Kolben 145 gleitet in einem Zylinder 146. Der Zylinder 146 wird in einer im Block 96 vorhandenen Bohrung getragen und hat einen Flansch 149, der an der einen Seite des Blockes 96 anliegt. Ein an der entgegengesetzten Seite des Blockes 96 anliegender Sprengring 150 hält den Zylinder 146 in der Bohrung gegen eine Axialbewegung in bezug auf den Block 96. Zur Auswärtsbewegung des Kolbens 145 ist der Zylinder 146 über einen Schlauch 151 mit der Rohrleitung 126 verbunden, so daß dem Zylinder 1445 und der Antriebsvorrichtung 122 gleichzeitig Druckströmungsmittel zugeführt werden.

Die verschiebbare Welle 140 hat einen mit ihr aus einem Stück bestehenden zweiten, im Durchmesser verringerten Wellenabschnitt 152, der vom Kolben 145 ausgeht und eine in der Stirnwand des Zylinders 14(5 vorhandene Bohrung durchsetzt. Eine Schulterschraubi; 155 mit einem Flansch 156 ist in das Ende des Wellenabschnittes 152 eingeschraubt. Wenn der Zylinder 146 mit dem Ablauf verbunden ist, wird die Well·; 140 in ihrer zurückgezogenen Stellung, in der eini; Schulter 157 an dem Zylinder 146 anliegt, von einer Feder 158 gehalten, die sich mit ihrem einen Ende am Zylinder 146 und mit ihrem entgegengesetzten Ende am Flansch 156 abstützt. Bei der Zuführung von Druckflüssigkeit zum Betätigen der Antriebsvorrichtung 123 strömt also auch Druckflüssigkeit über den Schlauch 151 zum Zylinder 146, so daß der Kolben 145 und die Welle

140 so weit nach außen bewegt werden, bis der Flansch

141 des beweglichen oder verschiebbaren Anschlages 49 an einer Seitenfläche des Wechselarmes 40 anliegi. Nachdem der Wechselarm 40 aus der Berührung mit dem Anschlag 49 herausgedreht worden ist, wird der Anschlag 49 nach außen gedrückt, bis die Schulterschraube 155 an dem Zylinder 146 anliegt. Ist der Anschlag 49 vollständig vorgeschoben worden, dann legt sich der Wechselarm 40 nach einer in der vorgeschobenen Stellung erfolgenden Drehung über 180° (F i g. 11 D) an den Anschlag 49 an.

Die Spindel 45 wird von der Säule 26 in einem Abstand vom Wechselarm 40 drehbar in solcher Weise getragen, daß die Achse der Spindel 45 und die Achsen des einen oder des anderen Greifers 42 oder 43 übereinanderfallen, wenn der Wechselarm 40 aus einer waagerechten Ruhestellung auf seine lotrechte Eingriffsstellung oder Werkzeuggreifstellung, wie in Fig. 1; und 2 dargestellt, gedreht worden ist. Die Spinde! 4.'i besteht im wesentlichen aus einer langen Hohlwelle 16S¹, die in Wälzlagern 170 und 171 gelagert ist, die mit ihren Außenlaufringen im Ständer 26 sitzen.

Zum Erleichtern des Auswechselns von Werkzeugen weist die Spindel 45 eine selbsttätige Klemmhülse 194 auf, die eine wahlweise lösbare Werkzeugklemmvorrichtung bildet. Die Klemmhülse 194 hat eine innere zylindrische Nabe, die eine begrenzte Axialbewegung innerhalb einer in der Welle 169 geformten verbreiterten Bohrung 195 ausführen kann. Die Nabe der Klemmhülse 194 besteht aus einem Stück mit mehreren

ίο nach vorn gerichteten elastischen, ausdehnbaren Segmenten 194A Sobald die Klemmhülse in Axialrichtung nach vorn bewegt wird, dehnen sich die einzelnen Klemmhülsensegmente elastisch aus und geben den Werkzeughalter frei.

is Bei der axialen Klemmbewegung der Klemmhülse nach innen legt sich die Kegelbohrung 195/4 der Spindel 45 an die komplementär kegelige Umfangsfläche der Segmente 194Λ an und drückt diese Segmente 194.Λ in Klemmberührung mit dem Schaft eines Werkzeughalters, beispielsweise des in F i g. 2 dargestellten Werkzeughalters 37Ä Bei der in der einen oder der anderen Richtung erfolgenden Axialbewegung wird die Klemmhülse gegen Drehung mittels einer in der zylindrischen Nabe der Hülse geformten Nut 205 gehalten, in die ein an der Welle 169 befestigter Keil 204 eingreift.

Die Axialbewegung erfolgt in beiden Richtungen durch eine axial bewegliche Antriebsstange 196, die die Bohrung der Welle 169 durchsetzt und deren eines Ende in den Nabenabschnitt oder Nabenteil der Klemmhülse eingeschraubt ist.

Ein an dem Innenende der Antriebsstange 196 befestigter Druckring 197 liegt an einer Scheibenfeder 202 an, deren entgegengesetztes Ende sich auf einer Unterlegscheibe 203 abstützt, die am Innenende der Welle 169 anliegt. Da die Feder 202 zwischen der Spindel und dem Druckring 197 liegt, wird die Antriebsstange 196 ständig nach innen gedrückt und hält auf diese Weise die Klemmhülse 194 in einer axial nach innen gerichteten Klemmstellung (F i g. 2).

Um vor einem Werkzeugwechsel die Klemmhülse 194 zu öffnen, ist ein an der Innenwand des Gestelles 28 befestigter Druckzylinder 198 mit einer vorschiebbaren Kolbenstange versehen, die axial mit der Antriebsstange 1% fluchtet. Bei der über eine Rohrleitung 199 erfolgenden Zuführung von Druckflüssigkeit zum Zylinder 198 erfolgt eine axial nach außen gerichtete Bewegung der Antriebsstange 196 entgegen der Feder 202 und eine entsprechende Auswärtsbewegung der Klemmhülse 194 in die Öffnungsstellung. Nach Beendiso gung des Werkzeugwechsels wird die Rohrleitung 199 mit dem Auslaß verbunden, so daß der Zylinder 198 abgeschaltet wird. Die Feder 202 dehnt sich dann wieder aus und schiebt die Antriebsstange 196 nach innen. Infolgedessen wird die Klemmhülse 194 axial nach innen gezogen, wobei die Segmente der Klemmhülse in festem Klemmeingriff mit dem nächsten, in die Klemmhülse eingesetzten Werkzeug gebracht werden.

Die Werkzeugspeichertrommel 32 (F i g. 1 und 3) wird im Uhrzeigersinne geschaltet, um ein ausgewähltes Werkzeug in der Werkzeugwechselstation 38 aufzustellen. In der Werkzeugwechselstation wird das Werkzeug zur anschließenden Aufnahme durch den Wechselarm 40 und Übertragung auf die Spindel 45 gehalten. Wenn sich die Trommel 32 auf dem Gestell 28 in einer geneigten Ebene, wie in F i g. 3 dargestellt ist, dreht und wenn die in den Bohrungen 33 getragenen Werkzeuge mit ihren Achsen als Mantellinien eines Kegels auf der Drehachse der Trommel 32 angeordnet sind, wird die

Längsachse eines Werkzeuges, das von der Trommel 32 auf die Werkzeugwechselstation 38 eingestellt worden ist, in einer waagerechten Ebene parallel zur Längsachse der Spindel liegen. Da die Werkzeughalter in der Trommel ortsfest sind, stellt die Schaltbewegung der Trommel 32 ein Werkzeug in der Wechselstation in eine Stellung ein, auis der unmittelbar ein Wechsel des Werkzeuges erfolgen kann.

Die gewählte Schaltbewegung oder Einstellbewegung der Trommel 32 zum Einstellen eines ausgewählten Werkzeugs in der Wechselstelle wird durch die in den F i g. 2, 3 und 5 dargestellte Anlage geregelt, die zusätzlich zu dem Hydraulikmotor 215 und der zugehörenden Antriebsvorrichtung noch eine Werkzeugeinsteilvorrichtung aufweist

Jedes Werkzeug in der Trommel 32 setzt sich aus einem Arbeitswerkzeug und aus einem Werkzeughalter zusammen. Jede als Werkzeugträger dienende Bohrung 33 hat einen nach innen ragenden Anguß 280, der gleitend ein Werkzeug aufnimmt und als Träger für dieses Werkzeug (Fig.3) dient Das Werkzeug wird innerhalb des zugehörenden Werkzeugsockels von einer Federraste 281 bekannter Ausführung gehalten. Eine federbelastete Kugel der Sperrvorrichtung ragt radial nach innen in jeden Sockel und greift in eine Ringnut 282 im Umfang des Werkzeughalters (F i g. 2).

Es ist eine Kodierung des ersten Werkzeuges einer Werkzeuggruppe für einen Bearbeitungszyklus derart vorgesehen, daß der Werkzeughalter des ersten Werkzeuges eine Hülse oder ein Gehäuse hat, das länger ist als das Gehäuse der Werkzeughalter der übrigen, nicht mit. einem Kode versehenen Werkzeuge. Der Längenunterschied der Werkzeughalter ist in F i g. 2 und des näheren in F i g. 6 mit Bezug auf die Werkzeuge 35 und 37 dargestellt In Fig.6 ist das Werkzeug 35 das erste Werkzeug in einem Bearbeitungszyklus und ist als solches kodiert, d.h. die Werkzeughalterhülse hat eine Länge, die um das Ausmaß »A« größer ist als die Länge der Werkzeughalterhülse vom Werkzeug 37. Infolge der größeren Länge der Werkzeughalterhülse des ersten Werkzeugs betätigt das Werkzeug einen Grenzschalter 286, wenn das Werkzeug durch die Trommel 32 in einer nahe der Werkzeugwechselstation 38 gelegenen Nähe bewegt wird. Damit eine sichere Schaltung des Schalters 286 durch das Werkzeug erfolgt, ist der Schalter 285 mit einem Schraubenbolzen 288 auf einer Tragplatte 287 befestigt, die mit mehreren Schrauben 289, von denen eine in F i g. 3 dargestellt ist, am Gehäuse 216 sitzt Die Betätigung des Schalters 286 erregt einen Regelstromkreis derart, daß ein Umkehrschalter 271 wirksam wird und eine kurze entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne erfolgende Drehung der Trommel 32 bewirkt, um das Werkzeug in die Werkzeugwechselstation 38 einzustellen. Außerdem bereitet der Schalter 286 einen elektrohydraulischen Regelkreis für das anschließende Wechseln oder Austauschen von Werkzeugen zwischen der Trommel und der Spindel bei jedem Bearbeitungszyklus vor. Der Schalter 286 wird also lediglich durch das erste Werkzeug einer Werkzeuggruppe, die für eine Reihe von Bearbeitungszyklen erforderlich ist, geschaltet und zeigt den Beginn oder den Anfang für die anschließende Reihe der Bearbeitungszyklen an.

Nach Beginn eines Bearbeitungszyklus wird die im Uhrzeigersinne erfolgende Schaltbewegung und die entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne erfolgende Einstellbewegung in der Zeit ausgeführt, in der ein von der Spindel getragenes Werkzeug einen Bearbeitungszyklus ausführt. Infolgedessen ist bei der Beendigung eines Bearbeitungsvorganges, der durch ein in der Spindel befindliches Werkzeug ausgeführt worden ist das nächste erforderliche Werkzeug zur Vorbereitung für den nächsten Werkzeugwechsel bereits zur Werkzeugwechselstation 38 vorgeschoben worden.

Während der Anfangsdrehung zum Greifen der Werkzeuge im Speicher und der Spindel wird der Wechselarm 40 in einer axial zurückgezogenen Stellung

ίο dadurch gehalten, daß Druckflüssigkeit der Antriebsvorrichtung 122 über eine Rohrleitung 290 zugeführt wird, wobei die Rohrleitung 127 mit dem Ablauf verbunden ist. Die Drehung des Wechselarms 40 erfolgt durch den Hydraulikmotor 112, der die Antriebshülse

is 101 und die Welle 44 treibt Die Drehung der in axialer Richtung ortsfesten Hülse 101 dreht gleichzeitig zwei Nockenscheiben 291 und 292 (F i g. 2 und 7), die auf der Hülse 101 mittels Klemmschrauben befestigt sind. In Fig.7 ist die zur Befestigung der Nockenscheibe 291 verwendete Klemmschraube 303 dargestellt Zusätzlich zu den Klemmschrauben werden die Nockenscheiben 291 und 292 gegen eine Axialbewegung relativ zur Hülse 101 durch einen Sprengring 304 gesichert, der die Scheiben in Berührung mit einer von der Hülse 101 gebildeten Schulter 305 hält. Bei dieser Ausführung sind die Nockenscheiben auf der Hülse 101 in ihrer Winkelstellung einstellbar, um einen richtigen Zeitsynchronismus der Werkzeugwechselvorrichtung zu sichern, ohne daß eine axiale Verlagerung aus den Stellungen für wahlweises Betätigen oder Schalten der Schalter 298 und 299 erfolgt. Die Nockenscheibe 291 hat Nocken 293 und 294, die einen Abstand von 180° haben. Die Nockenscheibe 292 hat Nocken 295,296, die sich in axial auf Abstand stehenden parallelen Ebenen drehen, wobei jedes Paar axial auf Abstand stehender Nocken wahlweise den Schalter 298 bzw. 299 schaltet. Die Schalter sind durch Schrauben 301 an einer am Maschinengestell 28 befestigten Tragkonsole 302 befestigt.

Das Schalten der Schalter 298 und 299 erzeugt in Kombination mit dem elektrischen Regelstromkreis eine Axialbewegung des Wechselarms 40 und seiner zugehörenden Einrichtung.

Bei der Drehung des Wechselarms 40 aus seiner waagerechten Ruhestellung auf seine lotrechte Stellung zum Erfassen des Werkzeuges, wie in F i g. 1 und 2 dargestellt, werden zwei in Axialrichtung federbelastete, den Greifern-43 und 42 zugeordnete Werkzeugriegel 310A und 31 \A entriegelt, und zwar ehe die Ausnehmungen irgendein von der Spindel getragenes Werkzeug und ein von dem in der Werkzeugwechselstation gelegenen Werkzeughalter getragenes Werkzeug erfassen, so daß infolgedessen der Wechselarm 40 die Werkzeuge sicher aufnimmt. Da der Wechselarm bei seiner Drehung aus der Ruhestellung auf die lotrechte Stellung dynamisch in der zurückgezogenen Stellung gehalten wird, werden die Riegel 310/4 und 311/4 entriegelt, wenn bewegliche Plunger 310 und 311 durch Auflaufen auf von dem Maschinengestell 28 getragene Nocken 312 und 313 in Axialrichtung bewegt werden. Zu diesem Zweck haben die Nocken 312 und 313 abgeschrägte Flächen 312/4 und 313/4, die sich in entgegengesetzten Richtungen erstrecken. Die Betätigung der Plunger 310 und 311 erfolgt, ehe die Greifer 43 und 42 irgendein Werkzeug vollständig erfassen. Beim Anlegen der Plunger 310 und 311 an die Nocken 312 und 313 werden die Plunger gegen den Druck zugehörender Federn, die für gewöhnlich die Plunger nach innen

drücken, relativ zum Gestell 28 und zum Wechselarm 40 axial nach außen bewegt.

Da beide Riegel 310M und 31IA die gleiche Ausführung haben, wird nachstehend nur einer dieser Riegel beschrieben. Der Riegel 310Λ (F i g. 2 und 8) ist mit einer Feder 314 ausgerüstet, deren eines Ende an einer Endfläche anliegt, die sich innerhalb einer im verbreiterten Ende 319 des Plungers 310 vorhandenen Ausnehmung befindet, und deren entgegengesetztes Ende sich an einer Deckplatte 315 abstützt, die mit Kopfschrauben 316 am Wechselarm 40 befestigt ist.

Ist der Plunger 310 durch den Nocken 312 axial nach außen geschoben worden, so kann ein zweiter Plunger 320, der in einer Bohrung 321 des Wechselarms 40 gleitend getragen wird, senkrecht zur Bewegungsbahn des Plungers 310 radial bewegt werden. Für gewöhnlich wird der Plunger 320 zur Ausnehmung 43 (F i g. 2 und 8) hin von einer Feder 322 radial nach außen gedrängt, deren eines Ende am Boden der Bohrung 321 anliegt und deren entgegengesetztes Ende sich an einem Ende des Plungers 320 abstützt Der Plunger 320 trägt an seinem entgegengesetzten Ende eine Sperrschiene 325, die ein innerhalb des Greifers 43 befindliches Werkzeug mit einem solchen Druck elastisch hält, daß bei der anschließenden, in Axialrichtung erfolgenden Auswärtsbewegung des Wechselarmes das Werkzeug in Axialrichtung aus seinem Tragsockel herausgezogen wird. Sowohl der Greifer 43 als auch die Sperrschiene 325 sind leicht unterschnitten, so daß eine sichere Berührung mit den runden Schultern 37ßund 37Cdes Werkzeugs 37 erfolgt Die Schultern 37B und 37C haben einen kleineren Durchmesser als der zwischen diesen Schultern liegende Mittelabschnitt des Werkzeugs (F i g. 8). Die Radialbewegung des Plungers 320 und der Sperrschiene 325 wird von der Bohrung 321 und zusammenwirkenden verbreiterten öffnungen geführt, die sich innerhalb zweier Endplatten 326 bzw. 327 befinden, die die Schiene 325 führen. Die Endplatten 326 und 327 sind am Außenende des Wechselarmes 40 mit Schrauben 328 befestigt Diese Endplatten bilden den halbkreisförmigen, das Werkzeug erfassenden Greifer 43, wie die F i g. 1, 8 und 9 zeigen. Da beide Enden des Wechselarmes 40 gleiche Ausführung haben, ist nur das eine Ende in den F i g. 2,8 und 9 des näheren dargestellt. Die Greifer 42 und 43 des Wechselarmes 40 sind in entgegengesetzten Richtungen offen, so daß die Aufnahme des V/erkzeuges stets in Richtung der Uhrzeigerdrehung erfolgt.

Die Sperrschiene 325 (F i g. 9) wird vom Werkzeug berührt und wird in Radialrichtung nur dann verdrängt, wenn der Greifer 43 zuerst in Eingriff mit einem Werkzeug kommt, oder wenn, nach Beendigung eines Werkzeugwechsels, das Werkzeug aus dem Greifer herausbewegt wird. Zu Beginn eines Werkzeugwechselzyklus legt sich ein Werkzeug 329, das dem Werkzeug 35 ähnlich ist, mit Reibung an die Sperrschiene 325 an und bewegt bei der Drehung des Wechselarmes 40 die Sperrschiene 325 sowie den Plunger 320 radial nach innen. Sobald das Werkzeug 329 in dem Greifer 43 liegt, werden die Sperrschiene 325 und der Plunger 320 wieder elastisch nach außen gedrückt, so daß eine Axialbewegung des Werkzeuges relativ zum Wechselarm 40 ausgeschlossen ist

Es sei nun angenommen, daß der Wechselarm 40 auf seine lotrechte Stellung gedreht worden ist, in der der Wechselarm 40 am festen Anschlag 48 (Fig. 1) anliegt und die in den Ausnehmungen 42 und 43 befindlichen Werkzeuge 35 bzw. 37 elastisch erfaßt. Zur Sicherung

eines einwandfreien elastischen Erfassens der Werkzeuge und zur Ermöglichung einer in kleinen Stufen erfolgenden Winkeleinstellung des Wechselarmes 40 in bezug auf den festen Anschlag 48, sind in jedem Ende des Wechselarms 40 Einstellschrauben angeordnet. Durch Drehen der Schrauben können solche Einstellungen gemacht werden, daß die Drehbewegung des Wechselarmes 40 zum einwandfreien Erfassen der Werkzeuge genau bestimmt wird.

Befindet sich der Wechselarm 40 in einer lotrechten Stellung, in der er die Werkzeuge 35 und 37 erfaßt (F i g. 2), dann werden die Werkzeuge durch die axial nach außen erfolgende Bewegung des Wechselarmes 40 gleichzeitig aus dem Werkzeughalter 33 und der Spindel 45 herausgezogen. Vor dem Herausziehen der Werkzeuge muß der Druckzylinder 198 zuerst durch Zuführung von Druckströmungsmittel über die Rohrleitung 199 betätigt werden, um die Klemmhülse 194 zu öffnen, die das Werkzeug 37 erfaßt Die Klemmhülse 194 wird so lange in Offenstellung gehalten, bis der Werkzeugwechselzyklus beendet worden ist. Die Auswärtsbewegung des Wechselarmes 40 und der Welle 44 aus der zurückgezogenen Stellung erfolgt dann mittels der Antriebsvorrichtung 122, die über die Kolbenstange 123 mit dem Block 96 verbunden ist. Bei der nach außen erfolgenden Bewegung der Welle 44 wird auch der bewegliche Anschlag 49 nach außen bewegt, da der Zylinder 146 für diesen Anschlag mit dem Block 96 fest verbunden ist Da der bewegliche Zylinder 146 mit dem Schlauch 151 verbunden ist, bewirkt außerdem die Zufuhr von Druckströmungsmittel zur Antriebsvorrichtung 122 eine gleichzeitige Zuführung von Druckströmungsmittel zum Zylinder 146, so daß der Kolben 145 zu diesem Zeitpunkt auf seine Grenzstellung nach außen bewegt wird. Während der nach außen erfolgenden Bewegung der Antriebsvorrichtung 122 wird der Wechselarm 40 in seiner lotrechten Stellung gehalten; während des Herausziehens wird daher der Flansch 141 des beweglichen Anschlages 49 hydraulisch an die Innenfläche des lotrecht gestellten Wechselarmes 40 (Fig.3) angedrückt. Bei Beginn der Auswärtsbewegung des Wechselarmes 40 bewegt sich eine am Block % mittels Schrauben 342 befestigte Knagge 341 aus der Berührung mit einem Grenzschalter 343. Sobald der Wechselarm 40 seine nach außen gerichtete Bewegung beendet hat und die Werkzeuge aus der Spindel und dem Werkzeughalter vollständig herausgezogen worden sind, schaltet eine in einem nach Abstand nach vorn angeordnete Knagge 345, die auf der einen Seite des Blockes 96 mittels Schrauben 347 (Fig.2, 3 und 10) befestigt ist, einen zweiten, die Programmierung regelnden Grenzschalter 346.

Nach Beendigung der in Axialrichtung erfolgenden Auswärtsbewegung wird der Werkzeugwechselarm 40 im Uhrzeigersinne, gesehen in Fig. 1, um 180° gedreht, um die Werkzeuge vor dem Zurückziehen des Wechselarmes, bei welchem die ausgetauschten Werkzeuge in die Spindel bzw. in den Werkzeugträger eingesetzt werden, neu einzustellen. Bei Beginn der Drehung des Wechselarmes 40 ist der Flansch 141 des beweglichen Anschlages 49 immer noch an die Innenfläche des Wechselarmes 40 angedrückt Sobald der Wechselarm 40 aus der lotrechten Ausrichtung mit dem Anschlag 49 herausgedreht worden ist, wird der Anschlag 49 durch die weiter fortgesetzte Zuführung der Druckflüssigkeit zum Zylinder 146 axial nach außen in die Endlage gedrückt Wenn die Innenfläche des

Wechselarmes 40 durch Drehen aus der Berührung mit dem Anschlag 49 gebracht wird, bewegt sich der Anschlag 49 so weit nach außen, daß die Schulterschraube 155 sich unter stärkerer Zusammenpressung der Feder 158 (F i g. 2) an das Ende des Zylinders 146 anlegt. Bei vollständig vorgeschobenem Anschlag 49 wird der Wechselarm 40 um volle 180° gedreht, und zwar in Anschlags- und Eingriffsberührung gegen den Anschlag 49, wobei der Flansch 141 in den Schlitz 350B des Wechselarmes eingreift. Der Wechselarm 40 weist zwei ι ο Schlitze 350Λ und 350ß(Fig. 1 und 3) auf, die an den entgegengesetzten Enden und in den entgegengesetzten Kanten des Wechselarmes 40 angeordnet sind.

Die Drehung des Wechselarmes 40 über 180° bewirkt eine gleiche Drehung der Nockenscheibe 291 und 292, die den Grenzschalter 298 bzw. 299 schalten. Die Schalter 298 und 299 zusammen mit den während der Axialbewegung des Wechselarmes 40 betätigten Schaltern 343 bzw. 346 arbeiten in Kombination mit dem elektrohydraulischen Regelkreis, um die Bewegung des Wechselarmes 40 zu steuern.

Nachdem die Drehung des Wechselarmes 40 um 180° beendet worden ist und die Werkzeuge zum Austausch eingestellt worden sind, werden der Wechselarm 40 und auch die Welle 44 durch Zuführung von Druckströmungsmittel zur Antriebsvorrichtung 122 über die Rohrleitung 290 zurückgezogen. Die Rohrleitung 126 ist mit dem Ablauf verbunden. Wenn der Wechselarm 40 seine Bewegung auf seine vollständig zurückgezogene Stellung beendet, legt sich der Schalthebel des ^K Grenzschalters 343 an die Knagge 341, die an dem Block 96 befestigt ist Bei vollständigem Rückzug des Wechselarms wird der Schalter 343 geschaltet Durch das Schalten des Schalters 341 wird der elektrische Stromkreis so eingestellt, daß eine entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne erfolgende Bewegung des Wechselarmes 40 auf seine waagerechte Ruhestellung erfolgt.

Beim Zurückziehen des Wechselarmes 40 wird der Anschlag 49 durch die Antriebsvorrichtung 122 ebenfalls zurückgezogen, da diese Antriebsvorrichtung 122 mit dem Block 96 verbunden ist, der in Verbindung mit der Welle 44 steht Da der Flansch 141 in den Schlitz 350S des Wechselarmes 40 eingreift, wird der Anschlag 49 ebenfalls mit dem Wechselarm 40 nach innen bewegt. Bei der Rückziehbewegung erfolgt ein Entleeren des Zylinders 146 über den Schlauch bzw. die Rohrleitungen 151 und 126. Da jedoch der Flansch 141 des Anschlages 49 im Eingriff mit dem im Wechselarm 40 vorhandenen Schlitz 3505 liegt, übt die Feder 158 keinen Einfluß aus und bewirkt keine zusätzliche Rückziehbewegung des Anschlages 49, obwohl der Zylinder 146 unwirksam gemacht ist Der weitere Eingriff des Wechselarmschlitzes 350S mit dem Flansch 141 des Anschlages 49 wird durch den Motor 112 aufrechterhalten, der den Wechselarm weiterhin im Uhrzeigersinne drängt, bis die ausgetauschten Werkzeuge in die Spindel bzw. den Speichersockel wieder eingesetzt worden sind. Während des Wiedereinsetzabschnittes des Werkzeugaustauschzyklus arbeitet der bewegliche Anschlagflansch 141 daher als ein axial beweglicher Führungsteil, der die Greifer 42 und 43 des Wechselarmes 40 in richtiger Axialausiichtung mit dem Speichersockel bzw. dem Spindelsockel hält.

Ehe die ausgetauschten Werkzeuge vollständig in den Speichersockel bzw. den Spindelsockel eingeschoben worden sind, werden die Werkzeugsperrplunger 310 bzw. 311 in Axialrichtung in Eingriff mit den Nocken 312 und 313 gebracht, um die Werkzeugsperren in Vorbereitung der drehenden Rückbewegung des Wechselarmes 40 auf Ruhestellung zu bewirken. Da der Wechselarm aus seiner Ausgangsstellung bereits um 180° gedreht worden ist (F i g. 2 und 8), werden jetzt die Plunger 310 und 311 in Anlageberührung mit den ortsfesten Nocken 312 und 313 bewegt. Wenn daher die Werkzeuge vollständig eingesetzt sind, sind die Werkzeugriegel 31 \A und 310Λ vollständig ausgeschaltet, und die an dem Block 96 befestigte Knagge 341 schaltet wieder den Grenzschalter 343.

Das Schalten des Schalters 343 durch die Einsetzbewegung der Welle 44 setzt zuerst den Zylinder 198 außer Berieb, so daß die von der Scheibenfeder 202 ausgeübte Druckkraft die Klemmhülse 194 wieder wirksam macht, die in Klemmeingriff mit dem eingesetzten Werkzeug kommt. Da die eingeschaltet gebliebene Antriebsvorrichtung 122 den Wechselarm 40 in seiner vollständig zurückgezogenen Stellung hält, wird der Motor 112 eingeschaltet, um den Wechselarm 40 in einer entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne erfolgenden Drehung um 90° auf seine Ruhestellung zu drehen, in der der Wechselarm 40 am ortsfesten Anschlag 47 anliegt Zu Beginn der entgegengesetzt dem Uhrzeigersine erfolgenden Rückdrehung des Wechselarms 40 auf seine waagerechte Ruhestellung bewegt sich der Schlitz 350S aus dem Eingriff mit dem Flansch 141 des Anschlages 49 heraus. Der Anschlag 49 wird dann durch die Druckfeder 158 relativ zum Gestell 28 und zum Zylinder 146 nach innen bewegt. Diese von der Feder 158 bewirkte Einwärtsbewegung wird durch die Schulter 157 beendet, die sich an das linksliegende Ende des Zylinders 146 (F i g. 2) anlegt.

Eine vollständige Bewegungsfolge des Wechselarms 40 beim Austausch von Werkzeugen zwischen der Speichertrommel und der Werkzeugmaschinenspindel zeigen die sieben schematisch dargestellten Fig. 11. In dem beschriebenen besonderen Zyklus nimmt der Wechselarm 40 eine waagerechte Ruhestellung (Fig. 11) ein und der Greifer 42 erfaßt das von der Speichertrommel 32 (Fig. 11 A) getragene Werkzeug 35. Nachdem die ausgetauschten Werkzeuge in die Speichertrommel bzw. die Spindel eingesetzt worden sind (F i g. 11 E), wird der Wechselarm 40 in Ruhestellung bis an den ortsfesten Anschlag 47 zurückgedreht (F i g. 11 F). Die verschiedenen wesentlichen Bewegungen des Wechselarmes 40 und des axial beweglichen Führungsanschlages 49 sind durch die Pfeile in den Fig. 11 bisllFdargestellt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Werkzeugmaschine mit einem Ständer und einer ortsfesten Arbeitsspindel zur Aufnahme verschiedener Werkzeuge zum Durchführen einzelner Arbeitsoperationen, und mit einem Aufspanntisch, der von dem Ständer verschieblich getragen wird zum Aufnehmen eines Werkstückes in Bearbeitungsstellung relativ zur Spindel, gekennzeichnet durch die kombinatorische ortsfeste Zuordnung folgender an sich bekannter Merkmale:

   a) ein Werkzeugspeichermagazin (32) oben auf dem Ständer oberhalb der Spindel zum Unterbringen einer Anzahl von in der Spindel zu verwendenden Werkzeugen, wobei das Magazin betätigbar ist zum wahlweisen individuellen Einstellen der Werkzeuge in eine Werkzeugbereitstellungsstation (38) oberhalb der Spindel,

   b) ein an der Vorderseite des Ständers vorgesehener Werkzeugwechselarm, der in dem Ständer oberhalb der Spindel gelagert ist zur Drehung um eine ortsfeste Achse, die zwischen der Spindel und der Werkzeugbereitstellungsstation in der wechselgerechten Relativlage angeordnet ist