DE1752832B2

DE1752832B2 - Vorrichtung zur lösbaren Verbindung eines Werkzeugs mit der Spindel einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE1752832B2
Application number: DE1752832A
Authority: DE
Inventors: Bruno Pavone Antonietto; Elio Dr.-Ing. Ivrea Turin Pagella
Original assignee: Ing C Olivetti and C SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 1967-07-29
Filing date: 1968-07-23
Publication date: 1978-11-30
Also published as: DE1752834A1; CH510489A; US3610097A; GB1220696A; AT286745B; AT281543B; JPS4937232B1; DE1752834C3; FR1575206A; FR1575204A; BE718615A; SE337735B; AT293141B; BE718616A; NL6810520A; SE337733B; US3691899A; NL6810689A; AT286062B; CH523743A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur lösbaren Verbindung eines Werkzeugs mit der Spindel einer Werkzeugmaschine entsprechend dem Oberbe- ^r>5 griff des Patentanspruchs 1. Zum lösbaren Verbinden eines Werkzeugs mit der Spindel einer Werkzeugmaschine sind unterschiedliche Ausführungen bekannt. So wird bei bekannten Werkzeugmaschinen mit Werkzeugwechselvorrichtungen das Werkzeug mit der ^w) Spindel fest verbunden, während diese sich dreht. Dabei besteht der Nachteil, daß die Spindelhülse beschädigt werden kann, wenn sie mit dem in Ruhestellung befindlichen Werkzeughalter in Eingriff kommt und mit diesem fest verbunden wird. ^hl

Zum lösbaren Verbinden eines Werkzeugs mit der Spindel ist gemäß einer anderen Ausführungsart eine Vorrichtung zum Ausrichten der Spindel vorgesehen, um die Spindel mit dem Werkzeug in Flucht zu bringen, bevor beide miteinander in Eingriff kommen. Diese Vorrichtung enthält eine Nut an der Spindel und einen Stift, der zum Verriegeln der Spinde! in der ausgerichteten Stellung betätigbar ist Darüber hinaus ist an der Spindel ein Paar von Schaltnocken befestigt, die mit einem Paar von Schaltern in Eingriff kommen, um den Stift zu betätigen. Dabei wird die Spindel während der Ausrichtbetätigung durch den Spindelmotor in Drehung versetzt Diese Ausrichtvorrichtung ist nicht immer zuverlässig im Betrieb, vor allem wegen der mit der Spindel zusammenarbeitenden Schalter.

Bei der gattungsgemäßen, aus der GB-PS 9 46 988 bekannten Vorrichtung, die mit einer Werkzeugwechselvorrichtung zusammenwirkt weist die motorisch angetriebene Spindel außer ihrem normalen Antrieb eine von diesem getrennt^ lediglich zum Verschwenken in eine vorgegebene Winkellage bestimmte zusätzliche Antriebsvorrichtung auf, um die Mitnehmer mit den Nuten in Übereinstimmung zu bringen. Die Arbeitsweise der bekannten Vorrichtung ist dabei im wesentlichen elektrischer Natur, weil die Spindel unter Steuerung eines Drehwinkel-Synchronmotors und eines elektronischen Steuersystems gedreht wird, wobei die Winkelausrichtung der Spindel unter Steuerung durch den Synchronmotor erhalten wird. Das macht die bekannte Vorrichtung kompliziert und störanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zusätzliche Antriebsvorrichtung so auszubilden, daß sie rein mechanisch wirkt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß erreicht durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale.

Mit dieser Ausbildung wird die zusätzliche Antriebsvorrichtung unmittelbarer und ist schneller und zuverlässiger in der Arbeitsweise, wodurch die Leistung der Maschine wesentlich verbessert werden kann. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine mit automatischem Werkzeugwechsel und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Werkzeugbefestigung von der linken Seite gesehen,

Fig.2 einen teilweisen Längsschnitt von der linken Seite der Maschine nach F i g. 1 gesehen,

Fig.3 einen anderen Teilschritt der Maschine nach Fig. 1,

Fig.4 eine Schnittdarstellung der Einzelheit aus F i g. 3 in Betriebsstellung,

F i g. 5 einen Schnitt durch einen Teil von F i g. 2 im vergrößerten Maßstab und

Fig.6 einen anderen teilweisen Längsschnitt der Maschine nach F i g. 1.

Wie F i g. 1 zeigt, besteht die Maschine aus einem Bett 11, auf welchem ein Schlitten 12 in Querrichtung beweglich angebracht ist, welcher einen Werkstücktisch 15 trägt, der drehbar und in vertikaler Richtung einstellbar ist. Die Bewegungen des Schlittens 12 und des Tisches 15 werden durch ein numerisches Steuerungssystem, das an sich bekannt ist und hier nicht beschrieben werden soll, gesteuert. Das Programm für dieses Steuerungssystem kann auf gelochten oder magnetischen Bändern gespeichert werden.

An dem Bett 11 sind darüber hinaus zwei prismatische Führungen 13 und 14 befestigt, an welchen ein

Spindelstock 16 geführt ist Der Spindelstock 16 trägt ein Werkzeugmagazin, was mit ihm durch Schrauben 150 verbunden ist und das aus einer Trommel 17 besteht, die die Form eines Kegelstumpfes hat und um ihre eigene Achse 18 (F i g. 2) drehbar ist Die Trommel 17 ist zur Aufnahme einer Serie von Werkzeughaltern 19 geeignet, von denen jeder ein Werkzeug 21 aufnimmt, welches radial aus der seitlichen Oberfläche 22 der Trommel herausragt

Im Spindelstock 16 ist darüber hinaus eine horizontale Spindel 23 gelagert, die um ihre Längsachse 24 drehbar ist Die Achse 18 der Trommel 17 ist gegenüber der Achse 24 der Spindel 23 um einen Winkel geneigt, der dem Winke! zwischen der Erzeugenden des Kegelstumpfes und seinen Basisflächen entspricht, so daß die Trommel durch Drehung die verschiedenen Werkzeuge in die Fluchtlinie der Achse der Spindel 23 bringt

Die Trommel 17 ist mit einer Hülse 26 verbunden, die drehbar auf einer Achse 27 angeordnet ist, die ihrerseits fest mit dem Gehäuse 28 des Spindelstockes 16 verbunden ist Die Hülse 26 ist darüber hinaus mit einem Schneckenrad 29 verbunden, das mit einer Schnecke 31 in Eingriff steht, welche ihrerseits auf einer drehbaren Welle 32 auf dem Gehäuse 28 angebracht ist Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Schnecke 31 und dem Schneckenrad 29 ist so, daß bei jeder Umdrehung der Welle 32 das Schneckenrad 29 die Trommel 17 um eine dem Abstand zwischen zwei benachbarten Werkzeugen entsprechende Winkeldistanz dreht, d. h. daß es die Trommel um ein Werkzeugintervall weuer bewegt.

Der Steuerungsmechanismus für die Drehung der Spindel 23 besteht aus einer keilverzahnten Welle 33 (Fig.3), mit einem Zahnrad 25, das über ein Geschwindigkeitswechselrad (hier nicht gezeigt) durch einen am Spindelstock 16 befindlichen Elektromotor (34 (Fig. 1) betätigt wird.

Zwischen der Welle 33 und der Spindel 23 befinden sich Zahnräder 35, 36, 37 (F i g. 3), von denen das erste Rad innen keilverzahnt ist und auf der Welle 33 gleiten kann, während das dritte einen innen keilverzahnten hülsenförmigen Fortsatz 40 aufweist, der mit dem keilverzahnten Abschnitt 38 der Spindel 23 in Eingriff steht. Die zwei Zahnräder 35 und 36 sind in einem Träger 30 gelagert, der in geeigneter Weise am Gehäuse 28 geführt ist und so eine zur Welle 33 parallele Verschiebung ermöglicht. Die Spindel 23 wird mit Hilfe von Lagern drehbar in einer Pinole 39 gehalten, die vom Träger 30 aufgenommen wird.

Die Steuerungsübertragung für »Vorwärts« und »Rückwärts« der Pinde 39 besteht aus einer Spindel 41 und einer Rezirkulations-Spindelmutter 42, die über eine Muffe 43 und eine Hülse 44 auf die Pinole 39 wirkt. Die Spindel 41 wird über eine Welle 45 durch einen zweiten am Spindelstock 16 angebrachten Motor 50 (Fig. 1) betätigt. Das Zahnrad 36 ist frei auf der Welle 45 gelagert. Der zylindrische Fortsatz 40 des Zahnrades 37 wird innerhalb der Hülse 44 drehbar aufgenommen.

Das vordere Ende der Spindel 23 ist mit zwei Mitnehmern 46 versehen, die von zwei entsprechenden Nuten 47 (Fig.5) aufgenommen werden, wie sie an jedem Werkzeughalter 19 zur Kupplung mit der Spindel 23 vorgesehen sind. Um ein genaues und zuverlässiges Ineingriffkommen der Mitnehmer 46 mit den Nuten 47 zu erreichen, ist die Spindel mit einer Positioniereinheit (Fig.3) ausgestattet, die aus einer doppeltwirkenden Druckflüssigkeits-Betätigungsvorrichtung besteht. Diese Betätigungsvorrichtung besteht aus einem Kolben 48, der mit dem Gehäuse 28 verbunden ist and zwei Kanäle 140 und 141 aufweist, durch die die Druckflüssigkeit hindurchtreten kann. An dem Kolben 48 ist ein gleitender Zylinder 49 vorgesehen, welcher jenseits seines zylindrischen Kopfes 51 verlängert ist und als V-förmige doppelschraubenförmige Steuerkurve 52 (Fig.4) ausgebildet ist Eine Nockenrolle 53 ist auf einem radialen Stift 54 angeordnet, der in einer Hülse 56

lu befestigt ist, die gleitend von einer Welle 57 aufgenommen wird, welche koaxial und fluchtend mit dem Kolben 48 angeordnet und gleichzeitig mit der keilverzahnten Welle 33 verbunden ist Der Stift 54 tritt durch die Wandung der Hülse 56 hindurch und kommt

ι ^r> mit einem schraubenförmigen Schlitz 59 in der Welle 57 in Eingriff. Der Zylinder 49 seinerseits ist von einer Hülse 60 aufgenommen, auf deren einer Seite ein Gehäuse 61 fest mit dem Kolben 48 verbunden ist, wobei dieses Gehäuses zwei Endschalter 62 enthält die mit einer Schulter 65 des Zylinders 49 zusammenarbeiten, um die Bewegung des Zylinders 49 zu begrenzen. Auf der Welle 57 ist zwischen der Hülse 56 und der Schulter 58 der Welle 33 eine Druckfeder 63 angeordnet

r> Die Spindel 23 (F i g. 2) hat eine axiale Bohrung 70, in welcher eine Stange 64 axial verschiebbar ist, deren hinteres Ende einen Ringflansch 66 aufnimmt der von einem hydrodynamischen Kolben, wie er an sich bekannt ist und hier nicht gezeigt wird, beaufschlagt

«ι wird, derart, daß er gegen die Wirkung einer Feder 67, die zwischen einer Schulter an der Stange 64 und dem keilverzahnten Abschnitt 38 der Spindel 23 zusammengedrückt wird, nach vorn bewegbar ist
Jeder Werkzeughalter 19 ist mit einem konischen

r> Zapfen 85 zur Aufnahme in einer konischen Aufnahme 20 am Vorderende der Spindel 23 versehen. Die Stange 64 (Fig.2) reicht mit einem Ende 78 verringerten Druchmessers in die Aufnahme 20 und ist an diesem Ende mit radialen Vertiefungen 79 an ihrer Außenfläche

4(i versehen (F i g. 5). Das Stangenende 78 wird von einer Buchse 81 aufgenommen, in deren Wänden als Sitze 82 dienende öffnungen angeordnet sind, die jede eine kleine Kugel 83 aufnehmen. Die Buchse 81 ist mit zwei Schlitzen 122, in die eine an der Stange 64 befestigte

Γι Nase 123 eingreift, versehen. Auf eine Schulter der Buchse 81 wirkt eine Druckfeder 84 und die Stange 64 drückt die Buchse 81 normalerweise gegen einen Ring 126, der durch Verschraubung mit der Spindel 23 verbunden ist, wodurch die Kugeln 83 in den

"in Vertiefungen 79 aufgenommen werden, und so auf ihren Sitzen 82 gehalten sind (F i g. 2). Wenn die Buchse 81 auf dem Stangenende 78 nach vorn verschoben wird, werden die Kugeln 83 aus ihren Vertiefungen herausgeschoben und ragen aus den Sitzen 82 der

v> Buchse 81 heraus, um so mit den entsprechenden Vertiefungen 86 (Fig.5) auf der Innenfläche einer Bohrung 87 im Zapfen 85 des Werkzeughalters 19 in Eingriff zu kommen. Der Werkzeughalter 19 ist mit einem Ansatz 88 mit zwei Vertiefungen 89 versehen, mit

wi denen zwei Bolzen 91 zusammenarbeiten, die gegenüber der Trommel 17 durch in Aussparungen 90 der Bolzen 91 eingreifende, federbelastete Arretierkugeln 93 in Stellung gehalten werden.

Die Betätigung der Maschine erfolgt folgenderma-

i.i Ben:

Zunächst einmal wird die Trommel zur Auswahl des Werkzeuges gedreht, wozu die Welle 32 und dementsprechend die Schnecke 31, das Schneckenrad 29, die

Hülse 26 und dementsprechend die Trommel 17 (F i g. 2) gedreht werden, so daß das gewünschte Werkzeug mit der Spindel 23 fluchtet. Die Auswahl des neuen Werkzeugs wird durch einen auf einem gelochten oder magnetischen Band gespeicherten Befehl gesteuert.

Um das neue Werkzeug mit der Spindel 23 verbinden zu können, muß diese ganz korrekt ausgerichtet sein, so daß die Nasen 46 der Spindel 23 in die Nuten 47 des Werkzeughalters 19 (F i g. 5) eingreifen können.

Die Einstellung der Spindel für diesen Zweck wird (Fig.3 und 4) durch das Freigeben der Zufuhr von Druckflüssigkeit mit Hilfe an sich bekannten elektrisch gesteuerten Ventils, über den Kanal 141 im Kolben 48 zum Zylinder 49 erreicht, welcher dadurch nach vorn bewegt wird. Die Steuerkurve 52 prallt dann auf die Nockenrolle 53. Wenn diese auf die Kante einer Steuerkurve 52 auftrifft, wird der Stift 54 gezwungen, am schraubenförmigen Schlitz in der Welle 57 entlang nach unten zu wandern und dabei die Feder 63 zusammenzudrücken. Dieser Vorgang endet nach einem geringen schraubenförmigen Versetzen der Nockenrolle 53, welche mit der Steuerkurve 52 in Eingriff kommt, die dann durch die Feder 63 in ihre ursprüngliche Position bezüglich der Welle 57 zurückgeschoben wird. Die Steuerkurve 52 wirkt dann auf die Nockenrolle 53, bringt diese auf den Endsitz 55 (F i g. 4) und veranlaßt die Drehung, und zwar über die Hülse 56, die Welle 57 und die Schulter 58, der keilverzahnten Welle 33, die ihrerseits eine Drehung der Spindel 23 veranlaßt, und zwar über die Zahnräder 35, 36 und 37 und sie in die gewünschte Winkelposition bringt (F i g. 2).

In diesem Moment läuft der Motor 50 (F i g. 1) an und dreht die Welle 45 (Fig.3) und damit die Spindel 41, deren Spindelmutter 42 die Pinole 39 (Fig.2) vorwärtsbewegt, und zwar zusammen mit dem Träger 30 und den Zahnrädern 35, 36, 37 (F i g. 3), so daß die Spindel 23 mit dem neuen Werkzeughalter 19 in Eingriff kommt.

Dieser Arbeitsgang setzt den Ringflansch 66 der Stange 64 frei und ermöglicht, daß er durch die Feder 67 nach rückwärts gestoßen wird. Während des Zurückziehens verstellt die Stange 64 die Nase 123 (Fig.5), und zwar weg von den Schlitzen 122, wodurch das Stangenende 78 die Vertiefungen 79 von den Kugeln 83 zurückzieht, die dadurch radial nach außen gedrückt werden, um so mit den Vertiefungen 86 der Bohrung 87 in Eingriff zu kommen und dadurch den Werkzeughalter 19 mit der Spindel 23 zu verbinden bzw. zu verriegeln. Der Werkzeughalter wird nun in einer an sich bekannten Art und Weise von der Trommel 17 abgekuppelt

Dann wird der Motor 34 (Fig. 1) eingeschaltet und läßt über das Zahnrad 25 (Fig.3) die keilverzahnte Welle 33 rotieren, die über die Zahnräder 35,36,37 die Spindel 23 gemeinsam mit dem Werkzeughalter 19 antreibt. Gleichzeitig läßt der Motor 50 die Spindel 41 mit einer Geschwindigkeit rotieren, die dem gewünschten Werkzeugvorschub entspricht, wodurch das Werkzeug den gewünschten Arbeitsgang ausführt.

Da dem Vorschub der Spindel 23 ein ähnlicher der Pinole 39 und der Zahnräder 35, 36, 37 zugeordnet ist, folgt daraus, daß die keilverzahnte Welle 33 die Spindel von einem Punkt aus antreibt, welcher eine bezüglich der Spindel 23 gleiche Position beibehält. Dadurch werden Torsionsdeformationen vermieden, welche auftreten werden, wenn sich die Welle 33 in axialer Ausrichtung mit der Spindel befände.

Wenn der Arbeitsgang durchgeführt worden ist, wird die Drehung des Motors 50 (F i g. 1) umgekehrt, so daß dadurch die Spindel 23 zurückgeholt wird, bis auch der Werkzeughalter in die Trommel zurückkehrt und dort in an sich bekannter Weise in einer vorbestimmten Drehstellung verriegelt wird.

Als nächstes wird der Ringflansch 66 der Stange 64 betätigt, wobei die Stange 64 sich mit der Spindel noch in einer vorgeschobenen Position befindet. Dann wird demzufolge die Stange 64 um einen kleinen Betrag bezüglich der Buchse 81 innerhalb der Spindel 23 nach vorn verschoben. Die Nase 123 auf der Stange 64 stößt nun die Buchse 81 nach vorn gegen den Ring 126. Durch diese Bewegung des Stangenendes 78, werden die Vertiefungen 79 wieder mit den Kugeln 83 ausgerichtet, so daß die letzteren in der Lage sind, radial zurückzukehren.

Durch erneute Drehung der Spindel 41 wird die Pinole 39 nach rückwärts bewegt, wodurch die Spindel 23 und die Stange 64 vom Werkzeughalter fortbewegt werden und wodurch die Maschine wieder ihre ursprüngliche Position einnimmt und zur Auswahl eines neuen Werkzeuges bereit ist Der Zylinder 49 wird selbstverständlich zurückgezogen, nachdem er seinen Zweck erfüllt hat; das geschieht, indem der Durchtriti von Druckflüssigkeit durch den Kanal 140 freigegeben wird.

Mit der Steuerkurve 52 und der Nockenrolle 53 kann somit die Spindel 23 aus jeder beliebigen Lage in eine vorbestimmte Winkelposition gebracht werden, um so das Einführen des Werkzeughalters 19 in die Spindel 23 zu ermöglichen, und es kann die feste Verbindung des Werkzeughalters 19 mit der Spindel 23 durch die Kupplung 64,83,86 bewirkt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur lösbaren Verbindung eines Werkzeuges mit der motorisch angetriebenen, in einer Spindelhalse od. dgl. gelagerten Spindel einer s Werkzeugmaschine, wobei das zu verbindende Werkzeug in einem Werkzeughalter eingespannt ist, dessen Flansch mit Nuten versehen ist, die zur Übertragung des Antriebsdrehmoments mit Mitnehmern der Spindel in Eingriff bringbar sind, wobei ferner eine Haltevorrichtung den Werkzeughalter normalerweise der Spindel gegenüber in einer vorbestimmten Winkellage hält und wobei schließlich innerhalb der Spindel eine Verriegelungsvorrichtung zur axialen Festlegung des Werkzeughai- ters vorgesehen ist und die Spindel auSer ihrem normalen Antrieb eine von letzterem getrennte, lediglich zum Verschwenken in eine vorgegebene Winkel-Endlage bestimmte zusätzliche Antriebsvorrichtung besitzt, um die Mitnehmer mit den Nuten in Übereinstimmung zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Antriebsvorrichtung (48 bis 53) eine zwangsläufig zwecks Vorschiebens und Zurückziehens einer aus zwei symmetrischen und zusammenlaufenden, im wesent- 2% liehen V-förmigen Abschnitten bestehenden Steuerkurve (52) betätigte Einrichtung (48 bis 51) und eine mit der Steuerkurve (52) zusammenwirkende Nokkenrolle (53) aufweist, die mit der Spindel (23) verbunden ist, wobei die Nockenrolle (53) auf einer w zum Antrieb der Spindel (23) dienenden Keilwelle (33) drehbar gelagert ist und die der Nockenrolle (53) zugeordnete Steuerkurve (52) auf einem in Richtung seiner Achse gegenüber einem verschiebbaren Zylinder (51) angeordnet ist, dessen Achse mit » der der Keilwelle (33) zumindest angenähert fluchtet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsvorrichtung ein Schaltorgan (62) zugeordnet ist, das bei Erreichen der ■»» gewünschten Winkel-Endlage der Spindel den Vorschubantrieb (45, 50) für die Spindelhülse (39) od. dgl. einschaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (51) mittels eines ^4Γ> doppeltwirkenden Druckmittelzylinders (48, 49) gegenüber der Nockenrolle (53) in Richtung seiner Achse hin- und herbewegbar ist.