DE1777294B2 - Werkzeugwechselvorrichtung fuer eine werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, z. B. ein Bohr- und Fräswerk, mit einer Bearbeitungsstation, an der verschiedene Werkzeuge zum Durchführen verschiedener Arbeiten aufnehmbar sind, und mit einem Werkzeugspeicher und einem Werkzeugwechsler, wobei das ausgewählte Werkzeug durch den als um eine Achse drehbarer und axial bewegbarer Werkzeugwechselarm mit Greifeinrichtung ausgebildetem Werkzeugwechsler aus dem Werkzeugspeicher entnehmbar und zu der Werkzeugaufnahmevorrichtung in der Arbeitsspindel der Bearbeitungsstation überführbar bzw. aus dieser rückführbar ist.

Eine derartige Werkzeugwechselvorrichtung ist bereits aus der französischen Patentschrift 12 36 668 bekannt geworden. Bei dieser Werkzeugwechselvorrichtung geschieht der Werkzeugwechsel durch einen doppelseitigen Werkzeugwechselarm, der gleichzeitig das Werkzeug im Werkzeugspeicher und in der Arbeitsspindel ergreift, um es axial aus den jeweiligen Halterungen herauszuziehen, um durch eine Schwenkbewegung die Plätze der Werkzeuge auszutauschen und dann durch eine darauffolgende Axialbewegung die Werkzeuge wieder in die Halterungen einzusetzen. Das Werkzeug ist mit einem zylindrischen Schaft versehen und wird in der Arbeitsspindel durch eine lösbare Spannhülse festgeklemmt, wobei die Betätigung der Spannhülse auf die Bewegungen der Werkzeugwechselvorrichtungen abgestimmt ist. Dadurch, daß die Werkzeuge in der Spannhülse lediglich festgeklemmt werden, ist eine Übertragung von höheren Drehmomenten nicht möglich.

Bei der Lösung nach der französischen Patentschrift 12 70 076 ist ein ähnlicher Werkzeugwechselmechanismus vorgesehen, wobei am Werkzeugschaft eine Verzahnung vorgesehen ist, die in eine entsprechende Verzahnung in der Werkzeugspindel eingreift, um eine sehr kräftige Verbindung zwischen der Spindel und dem Werkzeug zu schaffen. Eine bestimmte winkelmäßige Ausrichtung von Werkzeug und Arbeitsspindel ist hierbei nicht notwendig, weil die Zähne am Ende des Werkzeugschaftes verjüngt sind, so daß sie sich von s selbst in die Zahnung in der Spindel hineinfinden. Ein Nachteil einer derartigen Kupplung zwischen Spindel und Werkzeug durch eine Umfangsverzahnung ist darin zu sehen, daß sie sehr teuer wird, zumal sie an jedem Werkzeug vorgesehen werden muß. Außerdem ist es

to nachteilig, daß keine bestimmte Drehwinkelstellung zwischen Werkzeug und Arbeitsspindel erreicht wird, denn bei Verwendung von Bohrwerkzeugen kann eine viel größere Genauigkeit erzielt werden, wenn" die Bohrwerkzeuge immer in der gleichen Winkellage in

is Bezug zu der Spindel eingesetzt werden.

Bei der Werkzeugwechselvorrichtung nach US-PS 29 01927 erfolgt die Verbindung zwischen dem Werkzeug und der Arbeitsspindel dadurch, daß an beiden ein Gewinde vorgesehen ist, d. h. daß die Arbeitsspindel sich zum Abschluß des Werkzeugwechselvorganges auf das Werkzeug aufschraubt. Hierbei wird zwar im der Regel im wesentlichen die gleiche Drehwinkellage zwischen dem Werkzeug und der Arbeitsspindel erreicht, es ist aber für die praktische Benutzung von erheblichem Nachteil, daß das Werkzeug nur in einer Richtung gedreht werden kann, weil sonst die Gefahr besteht, daß sich das Werkzeug von der Arbeitsspindel losschraubt

Es ist hiernach die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Werkzeugwechselvorrichtung der eingangs erwähnten gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß die Benutzung einer einfach herzustellenden, eine hohe Drehmomentenübertragung zulassende Kupplung zwischen Arbeitsspindel und Werkzeug möglich wird, wobei stets die gleiche Drehwinkellage zwischen Werkzeug und Spindel und eine völlige Drehrichtungsunabhängigkeit gegeben sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Kraftübertragung zwischen Arbeitsspindel und dem Werkzeug in an sich bekannter Weise Keil und Keilnut vorgesehen sind, daß die Werkzeuge im Werkzeugspeicher in einer bestimmten Drehwinkellage gehaltert sind, daß die Arbeitsspindel in eine entsprechende, bestimmte Drehwinkellage, wie an sich bekannt, einstellbar ist, und daß die Werkzeuge relativ zum Werkzeugwechselarm während seiner Schwenkbewegung unverdrehbar festklemmbar sind.

Durch diese Lösung wird die angegebene Aufgabe in überraschend einfacher Weise gelöst

Zwar ist es seit langem bekannt, zur Kraftübertragung zwischen zwei sich drehenden Maschinenelementen Keil und Keilnut vorzusehen, und es ist auch bekannt, die Arbeitsspindel jeweils in einer bestimmten Drehwinkellage anzuhalten, doch wurde bisher nicht erkannt, daß diese Einzeimerkmale in Kombination mit anderen Merkmalen einen erheblichen Fortschritt bringen konnten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 perspektivisch eine Werkzeugmaschine mit horizontaler Spindel, ein Werkzeugspeichermagazin und eine Werkzeugwechselvorrichtung,

hi F i g. 2 eine Seitenansicht in vergrößertem Maßstab, zum Teil im Schnitt, auf einen Teil des Werkzeugwechselmagazins, der Werkzeugwechselvorrichtung und der zugehörigen Spindel zur Aufnahme des Werkzeugs,

F i g. 3 einen vertikalen Teilschnitt durch die Werkzeugwechselvorrichtung, wobei ein Paar von Werkzeugen in ausgetauschter Stellung gezeigt ist,

Fig.4 eine vertikale Schnittansicht durch die Werkzeugwechselvorrichtung mit einem Antrieb zum Herbeiführen der aufeinanderfolgenden Bewegungen, welche zum Bewirken der Werkzeugwechselarbeit verwendet werden,

F i g. 5 einen Vertikalschnitt durch die Spindel, wobei die Vorrichtung zum Lösen der Spannzange gezeigt ist, ι ο

F i g. 5a ein« vergrößerte Teiiansicht der Werkzeugspindel,

Fig.6 eine vergrößerte vertikale Schnittansicht durch das vordere Ende einer Spindel zusammen mit einem Halter für ein Gewindeschneidewerkzeug,

Fig.7 ein Teil eines schematischen elektrischen Schaltdiagramms, welches einen Teil des Steuerkreises zur Durchführung des Werkzeugwechsels zeigt,

Fig.8 einen Teil eines Blockschaltbildes, das die Steuerung der Werkzeugmaschine durch die Bandsteuerung verdeutlicht.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in F i g. 1 eine Werkzeugmaschine mit horizontaler Spindel und einem länglichen Grundrahmen 25 sowie einem nach vorn herausragenden Rahmenteil 26 gezeigt. Ein Ständer 28 ist gleitbar von dem Rahmen 25 in besonderen, nicht gezeigten Gleitbahnen gehalten, um eine Längsbewegung längs der ,Y-Achse zu ermöglichen. Der Ständer 28 weist obere und untere Seitenteile 29 und 30 auf, die entsprechend angeordnet sind, um die einander gegenüberliegenden Enden einer drehbaren Hubspinde) 34 zu tragen. Der Ständer 28 besitzt vertikale Führungen 35 und 36, die so angeordnet sind, daß sie zum Gleiteingriff mit nicht gezeigten Führungen kommen können, weiche sich auf der Innenfläche eines in vertikaler Richtung bewegbaren Spindelkopfes 37 befinden. Der Spindelkopf ist zusammen mit einer nach vorn herausragenden Verlängerung 39 so angeordnet, daß er eine Arbeitsspindel 40 drehbar lagern kann, welche sich rückwärts in einer solchen Weise erstreckt, daß sie wahlweise durch eine Kraftübertragung angetrieben werden kann, welche sich im Innern des Spindelkopfes 37 befindet. Wie in F i g. 1 gezeigt, ist im Inneren des vorderen Aufnahmeendes der Spindel 40 ein Fräser 43 befestigt.

Der sich nach vorn erstreckende Rahmenteil 26 ist mit horizontalen nebeneinander liegenden Führungen 45 versehen. Diese im Abstand voneinander angeordneten Führungen 45 sind ihrerseits so angeordnet, daß sie einen sattelförmigen Support 48 tragen können, der sich so wahlweise quer zu dem Grundrahmen 25 und der Werkzeugspindel 40 bewegen kann.

Die Spindel 40 ist so gelagert, daß sie sich in vertikaler Richtung und damit auf einer V-Achse bewegen kann, während die Längsbewegung längs der X-Achse relativ zu dem Support 48 erfolgt, der seinerseits in der Querrichtung längs einer Z-Achse bewegbar ist. Auf der Oberseite trägt der Support 48 einen Tisch 49, an dem die Werkstückspannplatte 50 befestigt ist.

Während eines Bearbeitungsvorganges wird die Werkstückspannplatte 50 an dem Tisch 49 festgeklemmt, um mit diesem die jeweiligen Bewegungen längs der Z-Achse auszuführen. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß beispielsweise während eines Bohrvorganges ein nicht gezeigter Metallbohrer, der in der t>i Spindel 40 befestigt ist, in eine ausgewählte Stellung längs den X- und K-Achsen bewegt wird. Der Support 48 wird länes der Z-Achse um das erforderliche Stück einwärts bewegt, um den Bohrvorgang durchzuführen und dann nach außen geführt, um das Zurückstellen der Werkzeugspindel zu ermöglichen. In ähnlicher Weise ergibt sich, daß auch andere Bearbeitungsvorgänge ausgeführt werden können, wenn man eine Bewegung längs einer anderen Achse bewirkt.

Die verschiedenen Werkzeuge können automatisch in die Spindel 40 eingesetzt werden, und zwar so, daß eine große Anzahl verschiedener ßearbeitungsvorgänge mit einem Minimum an Zeitaufwand für einen Auswechselvorgang für ein Werkzeug durchgeführt werden kann. Eine Auswechslung eines Werkzeuges von Hand wird vermieden, weil der Werkzeugwechsel ebenso wie alle anderen Funktionen und Bewegungen der Werkzeugmaschine von einem Band aus gesteuert werden, das alle Funktionen der Maschine steuert.

Die Auswahl eines Werkzeuges in Abhängigkeit von den Steuerbefehlen vom Steuerband wird vorgenommen noch während die Maschine andere Funktionen durchführt, was im allgemeinen ein Bearbeitungsvorgang sein wird. Ist dieser besondere Bearbeitungsvorgang beendet, hat sich ein ausgewähltes Werkzeug bereits in die Bereitstellungsstation für den Werkzeugwechsel in der Nähe der Werkzeugwechselvorrichtung 60 bewegt. Wenn ein Werkzeugwechsel von dem Steuerband her befohlen wird, wird der Spindelkopf 37 als Ganzes längs den X- und V-Achsen in eine Wachselposition gefahren, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist. Gleichzeitig wird die Spindel 40 auf eine Winkelstellung eingestellt, die die darin enthaltene Keilnut in die gleiche Ausrichtung wie die Keilnut in der Speicherbüchse bringt. Nach Abschluß dieser Vorgänge steht die Spindel 40 (wie dies in F i g. 2 gezeigt ist) in der Werkzeugwechselposition, d. h. rechts von der Werkzeugwechselvorrichtung in einer Ebene, die etwas tiefer liegt als das von dem Magazin 62 getragene ausgewählte Werkzeug. Unabhängig von der Stellung der Werkzeugspindel während des vorangegangenen Bearbeitungsvorganges kehrt die Spindel zu der Werkzeugwechselposition zurück, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist.

Der Werkzeugwechsler 172 weist ein Paar nach entgegengesetzten Richtungen ausfahrbarer Werkzeuggreifer 181 und 182 auf. Die Werkzeuggreifer 181 und 182 sind wahlweise aus einer zurückgezogenen Lage innerhalb des Werkzeugwechselgehäuses 174 in die voll ausgefahrene Stellung in Klemmeingriff mit den Werkzeughaltern der Werkzeuge bewegbar, die von dem Magazin 62 bzw. der Arbeitsspindel 40 getragen werden.

Es sei angenommen, daß das Magazin und der Spindelkopf 37 die in F i g. 1 und 2 gezeigte, für einen Werkzeugwechsel geeignete Lage einnehmen. Es sei weiter angenommen, daß die Werkzeugklemmvorrichtungen, die in entsprechender Weise jeder einzelnen Speicherbüchse in dem Magazin 62 und der Spindel 40 zugeordnet sind, gelöst wurden und die Spindel 40 winkelmäßig so eingestellt ist, daß die Keilnut in die richtige Stellung gegenüber der Keilnut an der Speicherbüchse gebracht ist. Unter diesen Umständen befindet sich die Zahnstange 241 in der linken Stellung. In diesem Augenblick wird der Werkzeugwechselvorgang von einem Signal aus dem Steuersystem eingeleitet. Die Zahnstange 241 (F i g. 4) wird nach rechts bewegt, um das Ausfahren der Werkzeuggreifer 181 und 182 aus der zurückgezogenen Stellung, F i g. 2, zu bewirken, so daß sie in Eingriff mit den Werkzeugen kommen, die von dem Magazin 62 bzw. von der Spindel

40 gehalten werden (F i g. 3). Sobald dies geschehen ist, wird der hydraulische Zylinder 215, F i g. 4, betätigt, um eine geradlinige Vorwärtsbewegung des Schlittens 169 und des Werkzeugwechslers 172 nach vorn zu bewirken, bis zu der Grenze der Bewegung, die durch die strichpunktierte Linie in F i g. 4 angegeben ist. Anschließend wird die Zahnstange 209 nach rechts gedrückt, um eine Drehbewegung der ganzen Werkzeugwechselvorrichtung zusammen mit den auf ihr angebrachten Werkzeugen um 180° gegen den Uhrzeigersinn zu bewirken, um die Anschläge 211 und 212 in annähernd horizontale Fluchtung mit der Unterseite der Führungen 163 und 164 zu bringen. Der Zylinder 215, F i g. 4, wird dann wieder betätigt, um den Schlitten 169 und den Werkzeugwechsler 172 bis zum Anschlag in der Rückwärtsrichtung zurückzuführen. Während dieser Rückwärtsbewegung werden diese Führungsanschläge 211 und 212 in Eingriff mit den Unterseiten der Führungen 163 und 164 bewegt, um die ausgewechselten Werkzeuge wieder in richtige Fluchtung mit der entsprechenden Speicherbüchsen an dem Magazin 62 und an der Spindel 40 zu bringen. Die ausgewechselten Werkzeuge werden in die Speicherbüchsen eingesetzt, wobei ein Werkzeug 61 in die Spindel 40 und ein Werkzeug 43 in eine leere Speicherbüchse in dem Werkzeugmagazin 62 eingesetzt wird. Die Werkzeuge werden dann in den ausgewechselten Stellungen festgeklemmt und die Zahnstange 241, F i g. 4, wieder in ihre linke Stellung geschoben, um die Werkzeuggreifer 181 und 182 in die zurückgezogene Stellung zur Bereitschaft für den nächsten Werkzeugwechselzyklus zurückzuziehen. Die eigentliche geradlinige Bewegung des Tragschlittens und des Werkzeugwechslers 172 von der rückwärtigen in die äußere Stellung ist durch die ausgezogenen und die strichpunktierten Linien in F i g. 4 angedeutet, wie dies oben erwähnt ist. Es ist klar, daß der Werkzeugwechsler 172 sich gegen den Uhrzeigersinn dreht, um eine Auswechslung während dieses besonderen Werkzeugzyklus zu bewirken. Nachdem die Werkzeugwechselvorrichtung dafür gesorgt hat, daß die ausgewechselten Werkzeuge in die gewünschten Stellungen gebracht sind und die Werkzeuggreifer 181 und 182 in ihre zurückgezogene Stellung zurückgekehrt sind, ergibt sich, daß der Werkzeugwechsler 172 eine solche Lage einnimmt, daß die Führungsanschläge 211 und 212 in Führungseingriff mit der Unterseite der Führungen gehalten werden. Während des nächstfolgenden Werkzeugwechselzyklus ist demzufolge die allgemeine Folge von Arbeitsschritten identisch mit der soeben beschriebenen mit der einen Ausnahme, daß die Werkzeugwechselvorrichtung 172 um 180° im Uhrzeigersinn gedreht wird, um die Führungsanschläge 177 und 178 in Ausrichtung mit den Führungen zu bringen. Auf diese Weise hängt die Drehrichtung des Werkzeugwechslers 172 von der Stellung ab, die er im Augenblick des Beginns des Werkzeugwechselvorganges eingenommen hat. Jeder folgende Zyklus zur Herbeiführung eines Werkzeugwechsels bewirkt eine Drehung der Werkzeugwechselvorrichtung 172 um 180° in entgegengesetzter Richtung.

Durch die Werkzeugwechselvorrichtung können Schneidwerkzeuge oder Fräser mit verhältnismäßig großem Durchmesser einwandfrei zwischen dem Magazin und der Spindel nacheinander ausgewechselt werden. Dies wird u. a. durch die Art des Ausfahrens der Werkzeuggreifer aus einer zurückgezogenen Stellung in die ausgefahrene Klemmstellung mit den Werkzeugen bewirkt. Die Werkzeugwechselvorrichtung 172 ist weiterhin so angeordnet, daß sie in keiner Weise mit dem Werkzeug kollidiert, welches ausgewechselt werden soll. Die Werkzeuggreifer 181 und 182 sind so angeordnet, daß sie mit den einzelnen die (Codierung tragenden Bunden für die Werkzeugidentifizierung zum Eingriff kommen. In ähnlicher Weise werden die Werkzeuggreifer in das Werkzeugwechslergehäuse 174 so zurückgezogen, daß sich das ganze Gehäuse in einer Stellung zwischen der Vorderfläche der Spindelverlängerung 39 und der Rückseite eines auszuwechselnden Werkzeuges, beispielsweise des Fräsers43 nach Fig. 1, befindet.

Während eines Werkzeugwechselzyklus, bei dem die gesamte Vorrichtung 172 um 180° gedreht wird, nehmen die Werkzeuggreifer 181 und 182 eine solche Lage ein, daß sie die Werkzeuge mit einer genügend großen Kraft erfassen, um eine Winkelverdrehung der Werkzeuge zu vermeiden. Daher werden die Keile an den Werkzeughaltern für den Eingriff mit den entsprechenden Keilnuten in den Werkzeugbüchsen bereitgehalten. In ähnlicher Weise wird die Keilnut der Werkzeugspindel zu Beginn eines Werkzeugwechselzyklus in die richtige Winkellage gestellt, daß sie den zugehörigen Keil an dem Werkzeughalter des Werkzeugs, das dort eingesetzt werden soll, aufnimmt. Während des Werkzeugwechselzyklus wird die Steuervorrichtung für die Winkeleinstellung der Arbeitsspindel so eingestellt, daß die Spindel zwangsläufig in der vorbestimmten Winkelstellung angehalten wird. Wenn das ausgewählte Werkzeug dort eingesetzt wird, kommen die Schrägflächen des Keils an dem Werkzeughalter in Eingriff mit der Keilnut in der Spindel, so daß sich eine schwache Winkelverdrehung des Werkzeughalters innerhalb des Werkzeuggreifers ergibt Nach Betätigung der Spindelklemmvorrichtung bilden die Keilnut und der Keil auf diese Weise eine Antriebsverbindung zwischen der Arbeitsspindel 40 und dem ausgewählten Fräser. Obwohl der zwangsläufige Antrieb zwischen der Spindel und dem Fräser für sämtliche Typen von Schneidwerkzeugen von Nutzen ist, ist er besonders vorteilhaft für Fräser oder sonstige Schneidwerkzeuge großen Durchmessers wie beispielsweise für den Fräser 43 in Fig. 1. Es sei besonders hervorgehoben, daß der vollständige Werkzeugwechselzyklus automatisch erfolgt, ohne daß irgendeine Einstellung von Hand erforderlich ist Auf diese Weise kann der Spindelkopf 37 als Ganzes so bewegt werden, daß er den nächstfolgenden Arbeitsvorgang bewirkt, nachdem das ausgewählte Werkzeug an die Werkzeugspindel angeklemmt ist und der Antriebskeil in die Keilnut in der Spindel eingreift.

Während eines solchen Vorgangs wird das Werkzeugspeichermagazin 62 von der Steuerung weiterbewegt, um das als nächstes ausgewählte Werkzeug in die Werkzeugwechselposition zu bringen.

Eine Voraussetzung für einen Werkzeugwechselvorgang ist die Notwendigkeit, die ganze Arbeitsspindel 4C längs der X- und Y-Achsen in die richtige erforderliche Stellung in die Nähe des Werkzeugwechselmechanismus 60 zu bringen, wie dies in F i g. 1 und 2 gezeigt ist Während dieser Zeitspanne für die Bewegung der Spindel in die erforderliche Stellung für einen beabsichtigten Werkzeugwechsel ist es weiterhin erforderlich, die Werkzeugspindel in eine vorbestimmte Winkelstellung zu drehen, in welcher die an ihr vorgesehene Keilnut in der richtigen Lage gegenübet der Keilnut in der Werkzeugmagazinbüchse steht Die Einstellung zur Herbeiführung der winkelgerechten

Stellung der Arbeitsspindel erfolgt durch einen Drehmelder 353, dessen Rotor immer dann angetrieben wird, wenn die Arbeitsspindel für einen Bearbeitungsvorgang gedreht wird. Der Kraftantrieb zum Drehen der Arbeitsspindel 40 dient sowohl zum Antrieb der Spindel 5 für einen Bearbeitungsvorgang als auch zur Herbeiführung der erforderlichen Lagekontrolle der Spindel in bezug auf eine bestimmte Winkelstellung durch den Antrieb des Drehmelders 353. Dies wird auf elektrischem Weg erreicht, indem der Drehmelder 353 ein Fehlersignal erzeugt, um eine Winkelbewegung der Spindel 40 herbeizuführen.

Zum Aufrechterhalten der richtigen Winkelbeziehung zwischen dem Rotor des Drehmelders 353 und der Werkzeugspindel 40 ist der Drehmelder 353 so angeordnet, daß er unmittelbar durch eine direkte Zahnradverbindung angetrieben werden kann, und zwar unabhängig von dem ausgewählten Betrag der Spindelbewegung. Um dieses zu erzielen, ist ein Ausgangszahnrad 392 fest an dem rückwärtigen Ende der Spindelantriebswelle 372 befestigt. Das Zahnrad 392 greift seinerseits in ein Zahnrad 393 ein, das fest auf dem inneren Ende eines Wellenstumpfes 394 angeordnet ist, der seinerseits in dem Lager 395 gelagert ist, dessen äußere Begrenzungen in einer Bohrung in einer Deckplatte 396 befestigt sind, die an dem Spindelkopf 37 eingeschraubt ist. Der Wellenstumpf 394 ist über eine Kupplung 401 mit der Rotorwelle des Drehmelders 353 verbunden, dessen Ständer unmittelbar mit einer Tragwand verbunden ist, welche einstückig mit und in Abstand hinter der Platte 396 ist. Aus dieser Anordnung ergibt sich, daß der Rotor des Drehmelders 353 über die Kupplung 401, den Wellenstumpf 394 und die Zahnräder 393 und 392 von der Welle 372 angetrieben ist, die ihrerseits direkt über das Zahnrad 389 mit dem Zahnrad 390 verbunden ist, das seinerseits unmittelbar auf der Spindel 40 aufgekeilt ist. Durch diese Anordnung befindet sich der Rotor des Drehmelders 353 stets in der richtigen Winkelstellung zu der Spindel 40. Die ganze Einrichtung mit dem Drehmelder 353 kann unmittelbar dadurch von der Maschine abgenommen werden, daß die Kopfschrauben 402 abgeschraubt werden, um die Platte 396 abzunehmen, die ihrerseits die Tragvorrichtung für die miteinander verbundenen Teile der Drehmeldervorrichtung ist. Die Werkzeugspindel 40 dreht sich innerhalb des Spindelkopfes in einem Paar vorderer Spindellager 405 und einem Paar rückwärtiger Spindellager 406.

Wie in F i g. 5 und 5a gezeigt ist, ist auf das vordere Ende der Spindel 40 eine kreisförmige Platte 417 gesetzt. Die Platte 417 weist eine kreisförmige öffnung zur Aufnahme des Schaftes eines Werkzeughalters und eine Keilnut 419 auf, in welche lösbar der Keil 87 eines Werkzeughalters eingreifen kann, so daß zusammenwirkende Anschlagflächen geschaffen werden, um eine wirksame Antriebsverbindung zwischen dem Werkzeug und der Spindel zu schaffen. Um ein Werkzeug lösbar in Eingriff mit der Spindel 40 zu halten, ist eine Werkzeughalteeinrichtung vorgesehen, die die Gestalt einer kraftbetätigten Spannpatrone 422 hat. Das bo vordere Ende der Werkzeugspindel ist hinter der Platte 417 mit einer konischen Bohrung 420 versehen, welche den komplementären Umfang 421 der axial bewegbaren Spannpatrone 422 aufnehmen kann. Um eine leichte axiale Vorwärtsbewegung der Spannpatrone 422 in gelöste Stellung zu erlauben, ist das vordere Ende von der inneren Fläche der Spindelplatte 417 etwas zurückgesetzt. Wie im folgenden noch näher erläutert wird, ist die Spannpatrone 422 normalerweise nachgiebig in eine innere Klemmstellung gedrückt. Gegen ihr rückwärtiges Ende zu trägt die Spannpatrone 422 eine Keilbahn, die gleitbar mit dem inneren Ende einer Begrenzungsschraube 423 in Berührung kommen kann, welche in eine radiale Bohrung der Wandung der Spindel 40 eingeschraubt ist. Die Spannpatrone 422 wird sowohl in der nach vorne und in axialer Richtung gelösten Stellung als auch während einer axialen Verschiebung in irgendeine Richtung mit Hilfe der Schraube 423 gehalten. In der rückwärtigen Klemmstellung wird die Spannpatrone sowohl von der Schraube 422 als auch durch den Klemmeingriff zwischen den entsprechenden Flächen an der Spannpatrone 422 und der Spindel 40 in einer festen Winkellage gehalten. Um eine Klemmwirkung zu erzielen, besitzt die Spannpatrone eine größere Anzahl von Längsschlitzen (nicht gezeigt) zur Erzielung einer wirksamen Antriebsverbindung zwischen einem Werkzeug und der Spindel 40. Während ihrer Drehbewegung befindet sich der Keil 87 an dem Werkzeughalter in Eingriff mit der Keilnut 419 an der Spindelplatte 417, weil eine Klemmwirkung der Spannpatrone mit dem Schaft des Werkzeughalters besteht. Wenn also ein Fräser fest auf die Werkzeugspindel geklemmt ist und bedient man sich dabei der Spannpatrone 422, wirkt die Spindel 40 als wirksamer Antrieb für den Fräser während eines Bearbeitungsvorganges. Diese Anordnung gibt sowohl ein Zusammenwirken zwischen den konischen zusammengehörigen Flächen an der Spannpatrone und an der Werkzeugspindel im Sinne einer konzentrischen Ausrichtung eines Werkzeuges mit der Achse der Spindeldrehung als auch ein Klemmsitz mit dem Werkzeug, um einer wirksamen Antrieb mit Hilfe der Keilverbindung aufrechtzuerhalten. Mit anderen Worten bietet diese besondere Anordnung sowohl die Vorteile einei wirksamen Keilverbindung als auch die Vorteile dei Möglichkeit einer schnellen Demontage infolge dei Verschiebbarkeit der geschlitzten Spannpatrone 422 ir axialer Richtung.

Um ein Werkzeug vor einem Werkzeugwechsel zi lösen, wird die Spannpatrone 422 in axialer Richtung nach vorne gestoßen, damit sie sich in der Weise etwa; ausdehnen kann, daß ein Werkzeug in axialer Richtung von der Werkzeugspindel 40 abgezogen werden kann Nachdem nun ein Werkzeugwechsel vorgenommen is und das ausgewechselte Werkzeug in die Spannpatrom eingesetzt ist, wird letztere in axialer Richtung nacl hinten gedrückt, so daß das ausgewählte Werkzeug ii Antriebsverbindung mit der Werkzeugspindel 4( gelangt. Unmittelbar vor der rückwärts gerichtetei Axialbewegung der Spannpatrone 422 muß da; Werkzeug in die entspannte Spannpatrone 422 einge setzt werden. Während dies geschieht, greift da schräge Innenende des Keiles 87 in die Keilnut 419 eir um eine leichte notwendige Winkelausrichtung de Werkzeuges in dem einen oder anderen der Werkzeug greifer 181 und 182 herbeizuführen, so daß der Keil 87 ii genaue Fluchtung mit der Keilnut 419 kommt. Wahrem dies geschieht, führt die Einsetzbewegung des Werkzeu ges zur Aufhebung der Steuerung der Winkeleinstellunj der Spindel durch den Drehmelder 353. Nach genaue Ausrichtung zwischen Werkzeug und Spindel und nacl vollständiger Einführung des Werkzeughalters in dl· entspannte Spannpatrone wird diese nach rückwärt gestoßen, um die erforderliche Klemmwirkung zi bewirken.

Zur Erzielung einer selektiven axialen Bewegung ii

einer beliebigen Richtung befindet sich das innere rückwärtige Ende der Spannpatrone 422 in Gewindeeingriff mit dem vorderen Ende einer rückwärts ragenden rohrförmigen Zugstange 426. Die Zugstange 426 erstreckt sich durch eine axiale Bohrung in der Spindel 40 und trägt an ihrem rückwärtigen Ende einen Anschlagbund 427 mit einem Gewinde. Ein nachgiebiger dehnungsfähiger Stapel von Scheibenfedern 428 befindet sich zwischen den Druckstücken 429 und 430, deren entgegengesetzte Enden an den Enden der Spindel 40 und der Innenfläche des Anschlagbundes 427 anstoßen. Auf diese Weise wirken die Federn 428 normalerweise in dem Sinn, daß sie das Druckstück 430 und das Anschlagstück 427 rückwärts relativ zu der Spindel 40 drücken, um eine entsprechende einwärts gerichtete Bewegung der Zugstange 426 zu bewirken, so daß die Spannpatrone in Klemmeingriff mit dem Werkzeughalter ist. Um die Spannpatrone zu lösen, bevor ein Werkzeugwechsel vorgenommen wird, ist es erforderlich, das Anschlagstück 427 in axialer Richtung nach vorne zu schieben, so daß die Scheibenfedern 428 zusammengedrückt werden und eine Vorwärtsbewegung der Zugstange 426 und der Spannpatrone 422 in die entspannte Stellung herbeiführen. Um eine Beschädigung der Spindellager während des automatischen Lösens eines Werkzeuges zu vermeiden, ist ein axial beweglicher Mechanismus 434 vorgesehen, der gleichzeitig den Bund 418 und den Anschlagbund 427 in diejenigen Richtungen drückt, in denen die Scheibenfedern 428 zusammengedrückt werden. Um dies zu erreichen, besitzt der Mechanismus einen Zylinder 437, der zum Ermöglichen einer axialen Bewegung zwischen den Bohrungen 439 und 440 in Zwischenwänden innerhalb des Spindelkopfes 37 gehalten ist. Der Zylinder 437 kann eine rohrförmige Verlängerung 438 tragen, die ein nach innen ragendes, mit Flanschen versehenes Ende aufweist, welches den Flansch an dem Bund 418 überdecken kann. An seinem rechten Ende ist der Zylinder 437 mit einer Abdeckung 443 versehen, die mit Hilfe von Kopfschrauben 444 daran befestigt ist. Die Abdeckung 443 wird nachgiebig relativ zu einem Endstück 445 nach innen gedrückt, welches mit Hilfe von Kopfschrauben 454 an dem Spindelkopf 37 befestigt ist. Zu diesem Zweck hat jede der am Umfang voneinander in Abstand angeordneten Kopfschrauben Führungsstücke, die in das eine Ende von Federn 453 am Umfang eingreifen, welche an ihren gegenüberliegenden Enden in kreisförmigen Ausnehmungen in der Endplatte 445 sitzen. Die Federn drücken normalerweise den Zylinder nach links, so daß der Flansch der Verlängerung 438 nicht in den mit Flansch versehenen Bund 418 eingreift. Wie bereits oben erwähnt ist, ist der Bund 418 mit Gewinde auf dem rückwärtigen Ende der Werkzeugspindel befestigt und so angeordnet, daß er mit dieser während eines Bearbeitungsvorganges rotiert. Normalerweise sind daher die Flansche an dem Spindelbund 418 und die Zylinderverlängerung 438 nicht in direkter Berührung miteinander.

Konzentrisch zu dem Anschlagbund 427 liegt rechter Hand das linke Ende 446 eines Kolbens 447, der sich axial in einer zylindrischen Bohrung 448 in dem Zylinder 437 bewegen kann. Ein Bund 449 an dem rechten Ende des abgestuften Kolbens 447 trägt eine Betätigungsstange 450, die sich durch eine Bohrung in dem Endstück 445 nach außen erstreckt, um einen Schalter 451 betätigen /u können. Zum Lösen der Spannpatrone wird ein hydraulisches Mittel unter Druck über eine Leitung 455 zuEcführt, um eine Bewegung des Kolbens 447 nach links zu bewirken und damit eine nach links gerichtete Bewegung seines linken Endes 446 im Sinne eines Eingriffs mit dem Anschlagbund 427. Sobald dies geschehen ist, führt ein Aufrechterhalten des Druckes in der Leitung 455 zu einer Bewegung des Kolbenendes 446 und der Zylinderverlängerung 438 in entgegengesetzten Richtungen und damit zum Zusammendrücken der Scheibenfedern 428 und zu einem Druck auf die Spannpatrone 422 in axialer Richtung nach außen und damit in die entspannte Stellung. Auf diese Weise bewirkt der Druck in der Leitung 455 während des Lösens der Spannpatrone 422 eine Bewegung des Zylinders 437 nach rechts, um das mit einem Flansch versehene Ende der Verlängerung zum Anschlag an dem Bund 418 entgegen der nach links gerichteten Bewegung des linken Endes des Kolbens 447 und entgegen dem Anschlagbund 427 zu bewirken und damit die Federn zusammenzudrücken. Während des Lösens der Spannpatrone 422 übt daher weder der Kolben 447 noch der Zylinder 437 irgendeinen Enddruck auf die Spindellager aus. Nach Vollendung eines Werkzeugwechselzyklus und nach Einsetzen des ausgewechselten Werkzeuges in die Spannpatrone 422 wird das Druckmittel aus der Leitung 455 herausgelassen und durch die Leitung 456 geschickt, um eine nach rechts gerichtete Rückzugbewegung des rohrförmigen Kolbens zu bewirken, wobei die Scheibenfedern 428 nunmehr in dem Sinne wirken, daß sie die Zugstange 426 nach rechts ziehen, um die Spannpatrone 422 wieder festzuklemmen. Wenn dies geschieht, drücken die Federn 453 den Zylinder 437 als Ganzes nach links entsprechend der Begrenzung durch eine Schulter in der Nähe der Bohrung 439.

Die Werkzeugspindel 40 kann z. B. einen Werkzeughalter aufnehmen, der einen Fräser oder einen Bohrer trägt, wie dies in Fig.2 gezeigt ist. In jedem Fall befindet sich die Zugstange 426 unter Federspannung in Klemmeingriff mit einem Werkzeughalter durch die Wirkung der Scheibenfedern 428. In ähnlicher Weise kann der Kolben 447 zwecks Lösens der Spannpatrone vor der Einleitung eines Werkzeugwechsels nach links bewegt werden, um eine axiale Verschiebung der Zugstange 426 nach links zu bewirken.

Um eine Bewegung der bewegbaren Teile der Werkzeugmaschine längs der X-, Y- und Z-Achsen zu steuern, ist ein Steuersystem vorgesehen, welches schematisch in F i g. 8 gezeigt ist. Durch das Schließen des Schalters 749 wird eine Verbindung zwischen den unter Spannung stehenden Leitern 687 und 688 mit den

so Leitern 750 und 751 hergestellt. Die Leitern 750 und 751 sind direkt mit einem Bandleser 762 verbunden, der in an sich bekannter Weise die Signale von einem kodierten Band (nicht gezeigt) zu einem Ausgangsleiter 754 bewirkt. Der Bandleser 752 kann eine Digitalinformation von dem sich bewegenden Band (nicht gezeigt), welches ein Lochstreifen sein kann, übersetzen, um die Bewegung der größeren bewegbaren Maschinenteile herbeizuführen bzw. die Signale zu liefern, die erforderlich sind, um die Bewegung des Werkzeugmagazins, die Auswahl des nächsten Werkzeuges und die Abgabe eines Signals zur Einleitung eines Werkzeugwechselzyklus zu erzeugen. Der Bandleser ist mit einer Anzahl von Schaltern versehen, die mit Hilfe von Schaltstangen in entsprechende Löcher in den Lochstreifen eingreifen, wenn dieser relativ zum Bandleser mechanisch vorwärts bewegt wird. Von dem Bandleser 752 wird der Leiter 754 aktiviert, um einen Kodewandler 755 zu betätigen, der seinerseits die Information von

dem Bandkode in den Dezimalkode verwandelt; diese Information wird dann in Registern in der Form von Sinus- und Kosinusspannungen gespeichert, die zur Lagebestimmung dienen, während lineare Spannungsverhältnisse zur Geschwindigkeitsregelung eingesetzt werden. Zusätzlich dient der Kodewandler 755 zur Umwandlung und Speicherung von Informationen für die X-, Y- und Z-Achse und zur Speicherung von auf die erforderliche Drehzahl der Werkzeugspindel bezogenen Informationen in Form eines binären Kodes, ferner einer Speicherung von Informationen bezüglich der Stellung des Werkzeugmagazins zur Auswahl eines Werkzeugs und zur Einleitung eines Werkzeugwechselzyklus.

Immer wenn der Bandleser 762 einen Werkzeugwechsel anfordert, muß die Voraussetzung erfüllt sein, daß die Winkeleinstellung der Werkzeugspindel 40 vorgenommen worden ist. Hierzu wird eine Hilfssteuervorrichtung wirksam, welche die Werkzeugspindel 40 in die erforderliche Winkelstellung bringt. Der Antrieb zur Durchführung der erforderlichen Einstellbewegung der Werkzeugspindel vor dem Beginn eines Werkzeugwechselzyklus wird durch Schließen eines Kontaktes 794 in Betrieb gesetzt, was in Abhängigkeit von einem entsprechenden Signal aus dem Bandleser (F i g. 8) erfolgt. Nach dem Schließen des Kontaktes 794 (F i g. 7) wird Spannung von der Leitung 687 auf die Leitung 47 S gegeben, um eine Relaisspule 795 zu erregen. Die Relaisspule 795 wird erregt, um einen normalerweise geschlossenen Kontakt 795-46 zu öffnen, der einen x Regelstromkreis unterbricht, der seinerseits zu einer Regelvorrichtung für das Schnellganggetriebe führt. Gleichzeitig wird nach Erregung der Spule 795 ein normalerweise offener Kontakt 795-47 geschlossen, um Spannung auf die Leitung 47 und von da auf die Leitung 47/4 zu geben, um einen Elektromagneten 369S zu erregen, um den langsameren Spindelantrieb einzukuppeln. Unabhängig von der vorhergehenden Drehzahl der Werkzeugspindel 40 bewirkt die Schließung des Kontaktes 794 in F i g. 7 die sofortige Erregung der Kupplung 369 für die niedrigere Drehzahl, wobei die Werkzeugspindel 40 dann auf die niedrigste Drehzahl eingestellt ist und auch der Drehmelder 353 in gleicher Weise auf niedrigere Drehzahlen eingestellt ist.

Eine Erregung der Relaisspule 795 bewirkt die Betätigung der zugehörigen, normalerweise geschlossenen und offenen Kontakte, die in Fig. 8 zu sehen sind. Wie man aus dieser Figur ersieht, werden die normalerweise geschlossenen Kontakte 795 geöffnet, um die Steuerung von dem Fehlersignalgeber 7605 zu trennen. Gleichzeitig werden die normalerweise offenen Kontakte 795F geschlossen, um die Leiter von einer festen Steuer-Bezugsspannung 797 auf den Drehmelder zu schalten. Der Drehmelder 353 ist direkt mit einem Diskriminator 798 verbunden, der nun über die geschlossenen Kontakte 795D des angezogenen Relais 795 angeschlossen ist, um die Arbeit des Hilfsverstärkers 770S zu steuern. Unter diesen Bedingungen fährt der Antriebsmotor 354 für die Spindel fort, die Werkzeugspindel 40 mit niedriger Geschwindigkeit anzutreiben, bis sie in der richtigen Winkelstellung ankommt, die durch die feste Steuerspannung 797 angefordert ist. In diesem Augenblick ist die Keilnut in der Werkzeugspindel genau auf die entsprechende Keilnut in dem Werkzeugspeichermagazin ausgerichtet.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, z. B. Bohr- und Fräswerk, mit einer Bearbeitungsstation, an der verschiedene Werkzeuge zum Durchführen verschiedener Arbeiten aufnehmbar sind, und mit einem Werkzeugspeicher und einem Werkzeugwechsler, wobei das ausgewählte Werkzeug durch den als um eine Achse drehbarer und axial bewegbarer Werkzeugwechselarm mit Greifeinrichtung ausgebildeten Werkzeugwechsler aus dem Werkzeugspeicher entnehmbar und zu der Werkzeugaufnahmevorrichtung in der Arbeitsspindel der Bearbeitungsstation überführbar bzw. aus dieser rückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kraftübertragung zwischen Arbeitsspindel (40) und dem Werkzeug in an sich bekannter Weise Keil (87) und Keilnut (419) vorgesehen sind, daß die Werkzeuge im Werkzeugspeicher (62) in einer bestimmten Drehwinkellage gehaltert sind, daß die Arbeitsspindel in eine entsprechende, bestimmte Drehwinkellage, wie an sich bekannt, einstellbar ist, und daß die Werkzeuge relativ zum Werkzeugwechselarm (268) während seiner Schwenkbewegung unverdrehbar festklemmbar sind.