DE1813990A1

DE1813990A1 - Werkzeugmaschine mit Werkzeugmagazin und Werkzeugwechselvorrichtung

Info

Publication number: DE1813990A1
Application number: DE19681813990
Authority: DE
Inventors: Seidel William B; Russen John X
Original assignee: Cincinnati Milling Machine Co
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1967-12-15
Filing date: 1968-12-11
Publication date: 1969-07-03
Also published as: GB1247366A; US3492717A; NL6817728A; FR1598428A

Description

THE CINCINNATI MILLING MACHINE CO.

Werkzeugmaschine mit Werkzeugmagazin und Werkzeugwechselvorrichtung

Die hier vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Werkzeugmaschine, sie befaßt sich insbesondere aber mit einer Einspindel-Werkzeugmaschine, welche mit einem Werkzeugmagazin und zwischen Werkzeugmagazin und Spindel mit einer Werkzeugwechselvorrichtung versehen ist.

Für eine Werkzeugmaschine, welche bei der Herstellung von relativ kleinen Löchern sehr vielseitig ist, .besteht ein itfoh!begründetes Bedürfnis. In der jüngsten Vergangenheit ist für diese Funktion eine numerisch oder digital gesteuerte "erkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung entwickelt worden. Weil solche Maschinen sehr teuer waren, war deren Verwendung jedoch irgendwie beschränkt, auch Wegen des großen Zeitaufwandes beim Wechseln des Werkzeuges. Die ^T'?erkzeug-'iechselzeit ist eben unproduktiv, und wenn sie lange dauert, dann werden die Bearbeitungsvorgänge, welche zwischen dem. Wechseln der Werkzeuge durchgeführt werden, unwirtschaftlich. Hinzu kommt noch, daß- diese Werkzeugmaschinen kompliziert waren und deshalb leicht störanfällig waren, so daP auch die Wartungszeiten und Stillstandszeiten solche Maschinen unwirtschaftlich machen. Diese und andere Schwierigkeiten, welche bei den Vorrichtungen der früheren Ausführung vorgekommen waren, werden im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung in einer neuartigen Weise vermieden.

Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist deshalb in der Hauptsache die Schaffung einer· Werkzeugmaschine, bei welcher der Werkzeugwechsel sehr schnell durchgeführt werden kann.

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Ein anderes Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einspindel-Werkzeugmaschine mit einem Magazin zur Aufnahme mehrerer Werkzeuge und mit einer Werkzeugwechselvorrichtung, bei der die unproduktive Zeit sehr kurz ist.

Ein wiederum anderes Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung, die nicht teuer ist.

Ein weiteres Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einspindel-Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung, welche in der Konstruktion einfach ist und über eine lange Lebensdauer mit einem Minimum an Wartung arbeiten kann.

Die hier vorliegende Erfindung zielt weiterhin darauf ab, " eine Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung zu schaffen, welche bei der Herstellung von relativ kleinen Löchern eine große Leistung aufbringt oder einen hohen Wirkungsgrad hat.

Ein wiederum anderes Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Werkzeugwechselvorrichtung, in der eine Linearbewegung und eine Drehbewegung durch zusammenwirkende Vorrichtungen zusammenarbeiten.

Ein weiteres Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Werkzeugwechselvorrichtung, welche mit einem Antrieb und einem Steuerventil oder Regelventil in korn-· pakter Anordnung versehen ist.

Die hier vorliegende Erfindung zielt weiterhin auf die Schaffung einer Werkzeugwechselvorrichtung ab, bei der die Leckverluste im Hinblick auf die Hy draulikflüssigkeit auf ein Minimum verringert sind. S0S827/Ö283

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Ein wiederum anderes Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Werkzeugwechselvorrichtung, bei der die Werkzeug-Klemmvorrichtung am Werkzeug bleiben kann, und zwar auch dann, wenn die Spindel während eines Bearbeitungsvorganges sich dreht, so daß auf diese Weise die Zeit für das Wechseln der Werkzeuge verkürzt wird.

Ein weiteres Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Werkzeugwechselvorrichtung, welche alle für den Arbeitsablauf notwendigen mechanischen Bauelemente selber enthält und nur einfach an eine Werkzeugmaschine geschraubt zu werden braucht, beispielsweise zum Austausch eines verschlissenen oder beschädigten Werkzeugwechslers oder zum Umbau einer herkömmlichen Werkzeugmaschine in eine Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung.

Die hier vorliegende Erfindung zeilt weiterhin darauf ab, eine Werkzeugwechselvorrichtung zu schaffen, die ohne Veränderung oder Austausch von Teilen in jeder auf die Werkzeugmaschinenspindel bezogenen Lage montiert werden kann, so daß auch die Lage des Werkzeugaufnahmemagazins keinen Einschränkungen unterliegt.

Ein wiederum anderes Ziel der hier vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Werkzeugwechselvorrichtung, bei der die Flächen des Werkzeuges, welche für dessen Festklemmen und Traiflfiport dienen, derart ausgeführt sind, daß sie leicht vor ireradstoffen geschützt werden können.

Werden diese und andere Ziele in Betracht gezogen, dann wird es den Fachleuten klar sein, daß die hier vorliegende Erfindung aus einer Zusammensetzung von Teilen besteht, welche im Rahmen der nachstehend gegebenen SpezifHc&tion beschrieben werden und für die mit den dieser Patentanmeldung beigegebenen Patentansprüchen Patentschutz beantragt

wird. 909827/0283

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Die hier vorliegende Erfindung besteht in der Hauptsache aus einer Werkzeugmaschine mit einer umlaufenden oder drehbaren Spindel, aus einem Magazingestell zum Halten der Werkzeuge und zur Übergabe der Werkzeuge, und zwar eines nach dem anderen, im rechten Winkel zur Achse der Spindel sowie aus einer Werkzeugwechselvorrichtung, welche sich um eine in einem bestimmten Winkel zur Spindelachse liegende Achse drehen kann. Bei der bevorzugten Ausführung des Erfindungsgegenstandes wird der Winkel zwischen der Spindelachse.und % des in der bereits erwähnten Position befindlichen Werkzeuges von der Achse der Werkzeugwechselvorrichtung halbiert. Der Werkzeugwechsler besteht aus einer Hauptwelle, welche sich um ihre Längsachse drehen kann und aus zwei flügelartigen Armen, von denen jeweils einer an seinem inneren Ende zur Spindel hin schwenkbar ist, während ein jeder Arm an seinem äußeren Ende mit einer Werkzeug-Greifvorrichtung versehen ist.

Um es genauer zu formulieren, die Arme sind jeweils um Achsen drehbar, welche in einem bestimmten Abstand parallel zueinander liegen, wobei eine jede dieser Achsen jeweils ^ von der Achse der Welle seitlich verschoben ist. Die Welle * ist mit einer Längsbohrung versehen, in welcher sin ein Kolben hin und her bewegt. Dieser Kolben steht über ein ZaHnstangen-Zahnsegmentsystem derart mit den Armen in Verbindung, daß durch ihn die Schwenkbewegung der Arme im Hinblick auf die Welle vollzogen wird.

Das Werkzeugmagazingestell setzt sich zusammen aus einer als Schleife geführten Kette, die sich in einer der Spindelachse parallelen Ebene befindet und aus Werkzeugmuffen, oder aus Werkzeughülsen, welche mit der Kette verbunden sind und sich im rechten Winkel zur Ebene der Kette erstrecken. Um eine Werkzeugmuffe oder Werkzeughülse und dessen Werkzeug in die Wechselposition fahren zu können, ist eine Antriebsvorrichtung vorgesehen. 9ÖS827/Ö28 3

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Die Ziele und Eigenschaften der hier vorliegenden Erfindung lassen sich am besten verstehen, wenn dazu die nachstehend gegebene Beschreibung und die dieser Patentanmeldung beiliegenden Zeichnungen zu Hilfe genommen werden. Im einzelnen ist:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der in den Rahmen der hier vorliegenden Erfindung fallenden Werkzeugmaschine .

Fig. 2 ein Vertikalschnitt längs der Linie II-II von Fig. 1.

Fig. 3 ein Schnitt längs der Linie III-III von Fig. 2.

Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung verwendeten Ventiles.

Fig. S eine schematische Wiedergabe der im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung verwendeten Hydraulikverbindungen.

Fig. 6 ein Blockschaltplan der im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung verwendeten Steuerung und Regelung.

Fig. 7 ein Vertikalschnitt durch eine geänderte und modifizierte Ausführung der hier vorliegenden Erfindung.

Fig. 8 ein Schnitt längs der Linie VIII-VIII von Fig. 7. Fig. 9 ein Schnitt längs der Linie IX-IX von Fig. 7.

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Die allgemeinen Eigenschaften und Merkmale der hier vorliegenden Erfindung werden arobesten mit Fig. 1 wiedergegeben· Die mit der Hinweiszahl 10 gekennzeichnete Werkzeugmaschine ist eine Einspindel-Dreiachsen-Werkzeugmasehine mit Werkzeugwechsel und numerischer Steuerung. Zur Werkzeugmaschine gehört ein Ständer 11, welcher mit einer horizontal gerichteten Auskragung 12 versehen ist, an der das Werkstück 13 befestigt wird. Von einer Platte 11, welche ihrerseits wiederum vermittels eines Anschlußstückes 15 unter der Unter- ψ seite der Auskragung befestigt ist» aus hängt das Werkstück nach unten. Das Anschlußstück oder Aufspannstück 15 ist derart konstruiert, daß das Werkstück im Hinblick auf die Spindel 16 der Werkzeugmaschine sehr genau eingerichtet werden kann; und dies in einer Weise, wie dies von Perry und

anderen mit der Patentanmeldung Mr. »..»«.»....

vom ...«,..».,..1967 für das Anschlußstück oder Aufspannstück (CD-5508) beschrieben wird.

Die Werkzeugmaschine besitzt eine Bettplatte oder Grundplatte 17, welche für die Bewegung in der X-Achse mit den horizontal angeordneten Gleitbahnen 18 versehen ist. Auf diesen Gleit» k bahnen 18 ist ein Aufbau 19 montiert, welcher für die Bewegung in der Y-Achse auf einer Seite die beiden vertikal ver« laufenden Gleitbahnen 22 besitzt. Auf die beiden vorerwähnten Gleitbahnen ist ein Werkzeugschlitten 21 aufgesetzt, welcher durch eine von einem Motor 24 angetriebene Anstellspindel 2 3 bewegt wird. Zur Herbeiführung einer Bewegung von vorne nach hinten (einer Bewegung in der Z-Achse) ist ein Spindelkasten 2 5 auf die horizontal verlaufenden Gleitbahnen 26 aufgesetzt und kann in horizontaler Richtung verfahren werden. In die Muffe oder Hülse der Spindel 16 ist ein Werkzeug 27 eingesetzt· Unter dem Spinde!kasten 25, und zwar in einer zur

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Achse der Spindel 16 parallelen Ebene, ist ein Werkzeugmagazingestell 28 montiert. Zum Werkzeugmagazxngestell 28 und mit diesem eine Einheit bildend, gehört eine endlose Kette 29, welche mit den Muffen oder Hülsen befinden, dann hängen sie nach unten, wobei die Achsen der Werkzeuge zur Ebene der Kette rechtwinklig oder in vertikaler Richtung angeordnet sind.

Vorne auf den Spindelkasten 25 ist unterhalb der Spindel 16 eine Werkzeugwechselvorrichtung 31 aufgesetzt« Diese Werkzeugwechselvorrichtung besteht aus einer drehbaren Welle 32, mit der zwei einander entgegengesetzt gerichtete Arme 33 und 34 schwenkbar verbunden sind. Mit ihrem inneren Enden sind die Arme jeweils mittels der Gelenkbolzen 35 und 36 mit der vorerwähnten Welle verbunden· Die äußeren Enden der bereits genannten Arme sind jeweils mit den Werkzeug-Greifvorrichtungen 38 und 39 versehen.

Mit Fig. 2 werden Einzelheiten der Werkzeugwechselvorrichtung 31 wiedergegeben» Die Welle 32 ist in den Lagern 41 und 42 gelagert. Sie ist mit einer Längsbohrung 43 versehen, in der eine Stange oder ein Kolben 44 gleiten kann. Die Welle hat eine vergrößerte Bohrung oder einen Zylinder 45, in der ein auf der Stange sitzender Kolben 46 gleitet. Das äußere Ende der Stange 44 ist mit einer Zahnstange 47 oder mit einer Verzahnung 47 versehen, welche mit den Zahnsegmenten 48 und 49 zusammenarbeitet, in diese eingreift und die Zahnsegmente dadurch in Umdrehung versetzt. Die vorerwähnten Zahneegmente sitzen wiederum auf den Gelenkbolzen 35 und 36, auf denen auch jeweils die inneren Enden der Arme 33 und sitzen.

Das rückwärtige Ende der Stange 44 ist mit den beiden ring-

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förmigen Nuten 51 und 52 versehen, welche durch die beiden Erhebungen 53 und 54 bestimmt werden oder festgelegt werden. Der Abstand zwischen diesen beiden erhabenen Flächen der Stange läßt eine Kommunikatxon mit einer Mittelbohrung 55, welche durch die Stange führt, zu. Der Zylinder 45 wird auf der einen oder auf der anderen Seite des Kolbens mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt. Diese Hydraulikflüssigkeit veranlaßt eine Verschiebung des Kolbens, eine axiale Bewegung der Stange 44 und der Zahnstange 47, desgleichen aber auch eine Drehbewegung der Zahnsegmente 48 und 49 und der mit diesen Zahnsegmenten verbundenen Arme 3 3 und 34. Gleichzeitig bewegen sich die erhabenen Flächen der Stange derart, daß eine Verbindung zwischen der Zuleitung 56 und der Ableitung 57 zustande kommt. Diese Zuleitung und diese Ableitung führen wiederum zu einem Anschlußstück 58, welches mit mehreren öffnungen, die mit einem Steuerventil 67 zusammenarbeiten, versehen ist. Das Steuerventil hat ein Gehäuse 68«

In der gleichen Hauptzone, in der sich auch der Kolben 46 befindet, ist auf die Welle 32 eine Schaufel 59 aufgesetzt, welche sich in einer ringförmigen Kammer 61 bewegt. Zur Herbeiführung einer Drehbewegung der Welle 32 und der Arme 33 und 34, wird der richtigen Seite der Schaufel 59 über eine Zuführung 60 Hydraulikflüssigkeit zugeführt. Wie zu erkennen ist, führen die Zuführungen 62 und 6 3 zu einander entgegengesetzten Enden des Zylinders 45, so daß eine Hin- und Herbewegung des Kolbens Zustandekommen kann. Die Schaufel 59 dreht „sich entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn, wenn die Druckflüssigkeit oder die Hydraulikflüssigkeit durch eine öffnung 62a und durch ein Rückschlagventil 6 3a fließt. Unterhalb des Rückschlagventiles 6 3a befindet sich eine Zuführung 60, welche die Verbindung mit der Kammer 61 herstellt. Wird diese Kammer 61 mit Druck beaufschlagt, dann wird die Schaufel 59 in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung ange-

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trieben. Eine kontrollierte Verzögerung wird dadurch erreicht ι daß von der Fläche der Schaufel 59 die Auslaßöffnungen 54 dann nach und nach geschlossen werden, wenn die Schaufel 59 ihre Endstellung durch Berühren des verstellbaren Anschlagbolzene 65 erreicht hat. Die bei Erreichen der Anschlags ehraube oder des Anschlagbolzens 65 vorhandene Geschwindigkeit! d.h. die Geschwindigkeit mit der der Anschlagbolzen angefahren wird, wird durch Einstellen eines einstellbaren Nadelventiles 68 gesteuert und geregelt. Auf der anderen Seite des Gehäuses ist die Vorrichtung für die automatische Verzögerung, für die Endgeschwindigkeit und den Anschlag ein zweites Mal vorgesehen, um auch dem Umlaufen der Schaufel 59 im Uhrzeigersinne entsprechen zu können.

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Fig. 4 zeigt den Querschnitt eines Steuerventils oder Spindelventils 67, welches in einem Gehäuse 68 untergebracht ist. Dieses Ventil wird auf die Fläche des (mit Fig. 2 wiedergegebenen) Anschlußgehäuses 58 montiert und dann auch mit der Öffnung der Zuführungen 69 hydraulisch verbunden. Zu diesem Ventil gehören zwei axial angeordnete Spindelschieber 72 und 73, welche jeweils in Abhängigkeit vom Wechsel der Hydraulikflüssigkeitzufuhr durch die Zuführungskanäle 69 und 71 sowie die Zuführungskanäle 7k und 75 verschoben werden können. Bei Verschieben der vorerwähnten Spindelschieber 72 und 73 kommt es zu einer weiteren Verbindung zwischen den vorbestimmten Teilen und den Zuführungekanälen.

Fig. 5 ist ein Hydraulik-Schaltplan, welcher die Verbindungen und Anschlüsse der Zuführungskanäle, der Leitungen und Öffnungen der Werkzeugwechselvorrichtung erkennen läßt.

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Die Vorrichtung arbeitet dabei vollhydraulisch im Vergleich zu elektrischen Schaltvorrichtungen und Endschaltern» Die Verbindung zwischen der Werkzeugwechselvorrichtung und der numerischen Kontrolleinheit oder numerischen Regeleinheit wird vermittels eines Dreiwege-Magnetventiles hergestellt.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen istι sind die Arme 33 und ZH an ihren Enden jeweils mit den Klemmvorrichtungen 38 und 39 zum Greifen und Freigeben der Werkzeuge 27 und 37 versehen.

P Die Zeichnung zeigt klar, daß das eigentliche Werkzeug in eine standardmäßige Werkzeughalterung eingesetzt ist. Im Rahmen der hier vorliegenden Beschreibung soll aber die Gesamtheit als "Werkzeug" bezeichnet werden. Wenn sich der Arm 33 in seiner Endstellung befindet, dann hat er gerade ein mit einer Konizität versehenes Werkzeug in die entsprechende Muffe oder Hülse der Spindel 18 eingesetzt« Befindet sich jedoch der entsprechende gegenüberliegende Arm 34 in seiner Endstellung, dann hat er gerade ein Werkzeug 37 in eine im Werkzeugmagazingestell 28 befindliche Muffe oder Hülse 30 eingesetzt. Die auf dem Arm 33 befindliche Klemmvorrichtung 38 wird zu einem Lösen veranlaßt, so daß zwischen einer Schwalenschwanznut 77, welche in der radialen Fläche des Flansches 78 eines Werkzeuges eingearbeitet ist, ein freier Raum oder ein Spiel entsteht.

Beim Werkzeugflansch 78 ist der größere Teil des Umfanges von einer Schutzummantelung 79 umgeben, welche verhindern soll, daß Späne und andere Verunreinigungsstoffe auf die Rückseite des Werkzeugflansches und damit in die sehwalzenschwanzförmige Nut gelangen können» Die Schutzummantelung soll auch verhindern, daß Späne und andere Verunreinigungsstoffe auf die Spindelmuffe oder Spindelhülse gelangen. Nähert sich während der Übergabe eines Werkzeuges auf die

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Spindel die Werkzeugwechselvorrichtung ihrer Endstellung oder Endposition, dann wird die genaue Endstellung von einer verstellbaren Anschlagvorrichtung 81 derart gesteuert und geregeltι daß der Arm am Ende seiner Bewegung zum Stehen kommt. Wenn der Arm diese Position anfährt, dann heben sich die schwalbenschwanzförmigen Greifteile 82 und 8 3 derart, daß zwischen der schwalbenschwanzförmigen Nut 77 und den Greifteilen 82 und 8 3 ein genügend großer freier Raum vorhanden ist, oder ein genügend großes Spiel besteht. Die Greifteile verbleiben jedoch in der Nut, und zwar auch dann, wenn die Maschine arbeitet, weil durch den vorhandenen freien Raum oder das vorhandene Spiel es zu keiner Behinderung des Bearbeitungsvorganges kommt. Durch die Bewegung oder das Umlaufen der Schaufel 59 in der Kammer 61 lassen sich die Arme 33 und 34 in gegeneinander um 180° versetzte Positionen einfahren. Diese Arme können, wie bereits beschrieben, Schwenkbewegungen ausführen.

Für die gesamte Konstruktion der Werkzeugwechselvorrichtung braucht nur eine Dichtung 81 verwendet zu werden. Es sollte klar sein, daß nur minimale Leckprobleme aufkommen können, weil alle Zuleitungen und Zuführungskanäle integral zur Konstruktion gehören. Das Ergebnis ist eine kompakte und einfache Werkzeugwechselvorrichtung, bei der geringere Wartungsarbeiten aufkommen.

Die Betätigung der zur Werkzeuggreifklemme 38 gehörenden Teile 82 und 83 wird durch eine Gelenkkonstruktion bewerkstelligt. Diese Gelenkkonstruktion besteht aus den Verbindungsgliedern 85 und 86, dessen einander benachbarten Enden drehbar und schwenkbar auf einer Nabe 8 7 sitzen. Dieses Nabenteil 87 kann sich seitlich zum Arm über eine Achse 88 gleitend bewegen. Die Welle ist mit einem Längs-

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schlitz 89 versehen! in welche auch ein Bolzen 91, welcher sich durch die Nabe 8 7 hindurch erstreckt, bewegt. Durch das Gelenk wird der Abstand zwischen den einander nicht benachbarten Enden der Verbindungsglieder 8 5 und 86 verkürzt. Das äußere Ende des Verbindungsgliedes 8 5 ist mit dem Teil 82 verbunden, Während das äußere Ende des Verbindungsgliedes 8 6 mit dem Teil 8 3 in Verbindung steht. Durch Streckung des Gelenkes (dies wird durch eine Linksbewegung des Kolbens oder Bolzens bewerkstelligt) werden die Teile 8 2 und 8 3 voneinander wegbewegt, und dies in entgegengesetzten Richtungen, und geraten dabei auf die geneigten Seiten und Flächen der Schwalbenschwanznut 77 des Werkzeuges.

Am anderen Ende der Werkzeugwechselvorrichtung muß der Arm 3 3 oder 34, welcher gerade sich in dieser Stellung befindet, nicht nur das Werkzeug dadurch freigeben, daß zwischen den Flächen der Schwalbenschwanznut und den Klemmteilen ein genügend großer freier Raum oder ein genügend großes Spiel entsteht, die Klemmteile müssen auch noch in axialer Richtung aus der Nut entfernt werden, damit das Werkzeugmagazingestell sich bewegen und die verschiedenen Werkzeuge in eine Wechselstellung bringen kann. Zu diesem Zweck berührt bei Annäherung des Armes an seine Endstellung ein Bolzen 92 einen gefederten Anschlag 93, der sich vom Gehäuse der Werkzeugwechselvorrichtung aus erstreckt. Der Bolzen ist gleitend in dem Arm eingesetzt. Wenner die Anschlagsvorrichtung berührt, dann bewegt sich der Arm weiter. Vom Bolzen wird das eine Ende eines Kipphebels 94 berührt, dessen anderes Ende dann den Stift oder Bolzen 91 nach oben drückt. Das Gelenk verkürzt sich, dadurch werden die Klemmteile 82 und 8 3 aufeinander zu bewegt. Der Arm bewegt sich weiter nach oben (angetrieben von der Zahnstange 47 ₉ welche •Über die Zahnsegmente 49 arbeitet), und die Klemmteile'be-

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wegen sich in Aufwärtsrichtung aus der Schwalbenschwanznut heraus. In der Endstellung, in der der Arm zum Stillstand kommt, sind die Klemmteile vollkommen aus der Nut herausgezogen.

Bevor die Klemmvorrichtung 39 das Werkzeug 37 vollkommen freigibt, muß notwendigerweise gewährleistet sein, daß sich das Werkzeug fest in der Muffe oder Hülse 30 befindet. Das Ende eines jeden Werkzeuges 37 ist mit einer Bohrung 95 versehen, welche einen nach innen gerichteten Flansch 96 hat. In die Bohrung kann eine Muffe oder Hülse 97 gleitend eingeführt werden. Diese Muffe oder Hülse 97 ist in der Muffe oder Hülse 30 gleitend montiert. In der Muffe oder Hülse 97 ist eine Spule 98 gleitend angeordnet. Diese Spule 98 ist mit einer Doppelkonusnut 99 versehen, die in Aufwärtsrichtung zum Anschlag der Muffe oder Hülse 30 hin unter Federspannung steht, In einer dafür bestimmten öffnung der Muffe oder Hülse 97 befindet sich eine Arretierungskugel 100, welche in den hinter dem Flansch 96 liegenden Teil der Bohrung 95 hineinragt. Dies ist der mit Fig. 2 wiedergegebene Zustand} Die Spule 98 wird durch eine Spiralfeder 101 nach oben gedrückt, so daß die untere Konusfläche der Nut 99 mit der Arretierungskugel in Berührung kommt und diese in seitlicher Richtung hinter den Flansch 96 drückt. Damit aber wird das Werkstück 37 in der Muffe oder Hülse 30 festgehalten. Auch die anderen im Werkzeugmagazingestell 28 befindlichen Werkzeuge werden in der gleichen Weise festgehalten. Wenn nach einem Vorgang des Werkzeugwechseins der Arm 34 das Werkzeug-, magazin erreicht, dann hält er ein Werkzeug 37, und eine leere Muffe oder Hülse 30 wird in die Werkzeugwechselstellung des Werkzeugmagazins gefahren. Während dieser Zeit ruht vom oberen Ende der gleitenden Anschlagsvorrichtung 93 Ausgehender Arm 102 auf dem oberen Ende der Kolben- oder Spulenkonstruktion 98, und zwar derart, daß sich die Arretierungskugel 100 in

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seitlicher Richtung frei in den tiefsten Teil der zwischen den konischen Teilen liegenden Nut 99 bewegen kann. Nun kann das Werkzeug sich soweit frei in die Muffe oder Hülse bewegeni bis daß die Spulen- oder Kolbenkonstruktion 98, die Muffe oder Hülse 97 sowie die Kugel 100 in der Bohrung 95 gut innerhalb des Flansches 96 liegen. Das nun folgende Eingreifendes Armes und dessen Berührung mit der Anschlags-Vorrichtung 93 drückt das Werkzeug gegen die Kraft der Feder 103 nach oben, und zwar derart, daß der Arm 102 von der Spulen- oder Kolbenkonstruktion 98 abhebt oder sich von dieser Konstruktion entfernt. Dann wird die Spulen- oder Kolbenkonstruktion von der Feder 101 nach oben gedrückt, so daß die untere konische Fläche der Nut 99 die Kugel zur Seite schieben und hinter dem Flansch 96 festsetzen kann. Bei Beginn des Werkzeugwechsel-Vorganges bewegt sich der Arm 34 nach unten, gibt den Anschlag 93 frei, so daß die Feder 103 die Anschlagsvorrichtung 93 samt dem Arm 102 nach unten ziehen kann. Der Arm berührt die Spulen- oder Kolbenkonstruktion 98 und drückt diese nach unten, so daß sich die Kugel 100 radial nach innen bewegen und das Werkzeug' freigeben kann. Vor dem völligen Freigeben des Werkzeuges hat die Klemme 39 das Werkzeug bereits gepackt. Wenn eich der Arm 3t von der Anschlagsvorrichtung fortbewegt, dann wird der Kipphebel 94 freigegeben, und der Bolzen 91 wird von einer Feder 104 nach unten gedrückt. Durch diese Maßnahme wird das Gelenk gestreckt und drückt die in der Schwalbenschwanznut 77 befindlichen Werkzeug-Klemmteile 82 und 8 3 weg.

Bei der bevorzugten Ausführung des Erfindungsgegenstandee wird die Werkzeugmaschine und der Vorgang des Werkzeugwechsel ns von einer numerischen Steuerung 105 aus gesteuert und geregelt. Dies sei vorweggenommen: Das System verwendet keine direkte Werkzeugkodierung, d.h. eine Identifizierungsabtastung, welche direkt auf das Werkzeug bezogen ist.

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Das Werkzeugmagazin oder die Werkzeughalterung 28 ist eine beliebige Speichereinheit, bei der ein jedes Werkzeug in jeder Muffe oder Hülse untergebracht werden kann. Das Steuerungssystem oder Regelungssystem hat derart zu funktionieren! daß es auf alle Veränderungen in der Werkzeuganordnung ansprichtt die während des Wechselns zwischen Werkzeugmagazin und Spindel der Maschine vorkommen. Es speichert die Anordnung aller Werkzeuge im System und stellt diese dann zur Verfügung! damit eine Reihe von automatischen Werkzeugwechseln nach einem vorprogrammierten Arbeitsablauf durchgeführt werden kann.

Das Steuerungssystem oder Regelungssystem 10 5 setzt sich wie folgt zusammen: Aus einer Speicher-Zyklus-Einheit 106, einer Bandsteuerungseinheit 107, einem Speicher-Adressen-Register 108, einem Speicher-Daten-Register 10 9, einer Massen-Speichermatrix 111 und einer Speicher-Vergleicher-Einheit 112. Die Matrix 111 ist auf eine Servosteuerung 113 geschaltet, welche ihrerseits wiederum auf eine Servo- und Antriebseinheit 114, die das Werkzeugmagazingestell 28 antreibt, einwirkt. Die Servosteuerung wirkt gleichzeitig auch auf eine Antriebseinheit ein, welche die Werkzeugwechselvorrichtung 31 antreibt.

Angenommen sei, daß das Werkzeugmagazin voller Werkzeuge ist, daß die Position eines jeden Werkzeuges in die Steuerung oder Regelung 105 gegeben ist. Der Arbeitsablauf wäre dann folgenden

1. Die Identifikationsnummer eines jeden neuen Werkzeuges wird zunächst einmal vom Programmsteuerungssystem 107 aus in die Speichereinheit 112 gegeben.

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2. Die Speicher-Adressen-Einheit 108 wird für den Anfangszustand auf die erste Werkzeugdaten-Adresse oder auf die Anfangs-Werkzeugdatenadresse eingestellt·

3. Die Werkzeugnummer bei dieser Anfangsadresse wird vom Speicher 111 aus in das Speicher-Datenregister 109 gegeben.

4. Der Vergleicherteil des Speichers 112 stellt fest, ob der Speicher 112 und das Speicherdatenregister die gleichen Nummern enthalten.

5. Sollten Speicher 111 und Speicheradressenregister 109 nicht die gleichen Nummern enthalten, dann wird das Speicheradressenregister 108 um eine Adresse weitergeschaltet, worauf dann die Vorgänge 3 und 4 wiederholt werden. Die Vorgänge 3, U und 5 werden solange wiederholt, bis im Speicher und dem Speicherdatenregister die gleichen Werkzeugnummern erscheinen.

W 6. Wenn eine Übereinstimmung zwischen dem Inhalt des Speichers 112 und dem Speicherdatenregister 109 besteht, dann wird vonöer Servo-Steuerungseinheit 113 ein Stellsignal auf die Servo-Steuerung 114 für das Werkzeugmagazin geschaltet,

7. Das von der neuen Werkzeugnummer in Schritt 1 gekennzeichnete Werkzeug wird dem Werkzeugmagazin entnommen und der Spindel 16 zugeführt. Das Werkzeug, welches bis dahin auf der Spindel gesteckt hatte, wird dem Werkzeugmagazin zurückgeführt, und zwar in die gleiche Muffe oder Hülse 30, in der das neue Werkzeug gesteckt hat.

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Der Zählwechsel in den Datenspeicherungseinheiten wird dann vollzogen, wenn ein Rückführungssignal oder Rückkopplungssignal den vollzogenen Werkzeugwechsel gemeldet hat. Die nächste Reihe von Arbeitsabläufen oder Funktionsabläufen wird diesen Vorgang vollziehen.

8. Die Adresse im Speicheradressenregister 108 - dies ist die Einheit, in der die neue Werkzeugnummer festgehalten wird - wird in das Speicherdatenregister 109 gegeben.

9. Nun wird das Speicheradressenregister 108 auf die Adresse 000 eingestellt. Bei dieser Adresse handelt es sich um eine festliegende ^HKratzpolsterⁿ-(scratch pad)-Adresse»

10. Die im Speicherdatenregister 109 befindliche Adresse wird jetzt als 000-Adresse in den Speicher gegeben*

11. Dann wird das Speicheradressenregister auf eine als "Spindel" bezeichnete festliegende Adresse eingestellt. Bei dieser Adresse handelt es sich um die Adresse, unter der das auf der Spindel sitzende Werkzeug im Speicher festgehalten wird.

12. Die zur Spindeladresse gehörende Werkzeugnummer wird in das Speicherdatenregister übertragen. Das ist die Kennzeichnung des Werkzeuges, welches im Verlauf des Arbeitsvorganges Nr. 7 von der Spindel abgenommen und in das Werkzeugmagazin zurückgeführt wurde«

13. Die seit Schritt 1 im Speicher festgehaltene Werkzeugnummer wird nun unter der Spindeladresse im Speicher aufgenommen. Es handelt sich bei dieser Nummer um die Kennzeichnung des Werkzeuges, welches nach Schritt 7 in die Spindel eingesetzt worden ist.

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m» Der Inhalt des Speicherdatenregisters 109 wird nun in den Speicher 1122gegeben. Es handelt sich dabei um die Kennzeichnung des Werkzeuges, welches gemäß Schritt 7 von der Spindel abgenommen und in das Werkzeugmagazin zurückgeführt worden ist.

15. Im Speicheradressenregister 109 wird nun die Kratplosteradresse 000 eingestellt.

16» Die unter der 000-Adresse im Speicher vorhandenen Inhalte werden in das Speicherdatenregister geschaltet. Das ist die Adresse des Speichers, von dem das jetzt auf der Spindel sitzende Werkzeug gekommen ist.

17· Nun wird die im Speicherdatenregister 109 enthaltene

Adresse in das Speicheradressenregister 108 übertragen.

18. Der Inhalt des Speichers 112 wird unter der jetzt in den in das Speicheradressenregister 108 gegebenen Adresse in den Speicher weitergeleitet· Durch diese Maßnahme wird die Nummer des gerade von der Spindel abgenommenen Werkzeuges in den Speicher gegeben, und zwar unter der Adresse, unter der des neuen auf der Spindel befindlichen Werkzeuges zuvor gespeichert wurde. Mit diesem Schritt ist der Rechenvorgang abgeschlossen·

Mit Fig. 71 Fig* 8 und Fig. 9 wird eine allgemein mit der Hinweiszahl 120 gekennzeichnete Werkzeugwechselvorrichtung wiedergegeben, welche sich in einem auf eine Werkzeugmaschine 122 montierten Gehäuse 121 befindet. Die Werkzeugmaschine ist mit •iner drehbaren Spindel 123 versehen und, um einen Bearbeitungsvorgang durchführen zu können, zur Aufnahme eines Werkzeuges 12·» eingerichtet. An einer von der Spindel entfernten Stelle

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ist ein Werkzeugmagazin 125 auf die Maschine aufgesetzt.

Vom Gehäuse 121 aus erstreckt sich eine Welle 12 6, welche einen breiteren äußeren Kopf 127 besitzt, mit dem die beiden Arme 128 und 129 schwenkbar verbunden sind. In der Welle 126 13t eine Stange 131 gleitend angeordnet. Diese Stange ist zur Herbeiführung einer längsgerichteten Relativbewegung mit einem Kolben 132 versehen. Die Welle 126 ist von einer ringförmigen Kammer 133 umgeben, in der sich eine radial von der Welle abgehende Schaufel oder Fahne 134 bewegt. Auf das innere Ende der Stange ist ein (hier nicht wiedergegebenes) Spulenventil oder Schieberventil aufgesetzt, welche zur Herbeiführung der Hin- und Herbewegung die auf den Kolben fließende Hydraulikflüssigkeit zu regulieren hat. Zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen von Kopf 127 und Gehäuse 121 ist ein Dichtungsring 135, dieser flexibel, angeordnet.

Auf die einander gegenüberliegenden Seiten des äußeren Endes der Stange 131 sind die Hebel 136 und 137 schwenkbar montiert. Die äußeren Enden dieser beiden Hebel sind zylindrisch geformt. Das Ende des Hebels 136 sitzt fest und doch gleitend in einer Bohrung 138, welche quer durch einen Gelenkstift 139 geführt ist. Auch das Ende des Hebels 137 sitzt in einer Bohrung, welche quer durch einen Gelenkstift 143 geführt ist. Dieser Gelenkstift ist dadurch drehbar gelagert, daß er mit einem zentralen und zylindrischen Mittel versehen ist, welches vermittels eines Nadellagers 140 auf das Gehäuse 127 montiert ist. Drehung vollzieht sich um eine Achse B-B. Die Enden 141 und 142 des Gelenkstiftes oder Gelenkbolzens sind auch zylindrisch, jedoch mit einer versetzten Achse A-A. Die Arme 128 und 129 sind mittels Nadellager drehbar auf diese Enden des Gelenkstiftes aufgesetzt, und zwar auf der Achse A-A. Der Arm und der Gelenkstift sind über die Gelenkstifte oder Gelenkbolzen 146 und 147 miteinander verbunden. Diese stehen mit dem Arm in

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gleitender Verbindung und werden gleitend in der Querbohrung des Gelenkstiftes geführt. In gleicher Weise wird der Gelenkstift oder Gelenkbolzen 139 im Kopf 127 geführt und mit dem Arm 128 verbunden.

Die Konstruktion der mit dem Arm 128 verbundenen Klemmvorrichtung wird am besten mit Fig. 9 wiedergegeben. Die äußeren Finger 148 und 119 liegen im Hinblick auf den Afm fest. Nahezu die gesamte Klemmbewegung wird durch die Bewegung eines mittleren Fingers 151 bewerkstelligt. Dieser Finger 151 ist mit einem zylindrischen Schaft versehen, zylindrischer Schaft 152, welcher in einer Bohrung 153 gleiten kann. Der Finger wird von zwei Spiralfedern 154 und 155, welche jeweils über die beiden Hebel 156 und 157 wirksam werden, in die äußere Position gedrückt. Bei diesen Hebeln 156 und 157 handelt es sich um Hebel ersten Grades mit einem mittleren als Kugelgelenk ausgeführten Schwenklager. Wenn sich die Arme 128 und 129 in ihre äußerste Stellung bewegt haben, dann berühren sie die Anschlagsvorrichtung 130 und bewegen sich nicht mehr weiter. Der Kolben 132 bewegt sich jedoch weiter nach innen, um auch den Stab oder die Stange 131 nach innen zu bewegen, und durch diese Bewegung werden die Gelenk» stifte 139 und 143 weiterbewegt« Dadurch wird wiederum der Stift oder Bolzen 146 in Umdrehung versetzt, das gleiche geschieht dem Stift oder Bolzen 147 (die dem Arm 129 zugeordnet sind, sowie den entsprechenden Stiften oder Bolzen, welche dem Arm 128 zugeordnet sind). Diese Stifte oder Bolzen wirken über Verbindungsglieder auf die Hebel 156 und 157 (des Armes 12 9) ein, während entsprechende Hebel auf den Arm 128 einwirken, um die beweglichen Finger noch weiter zu bewegen und dadurch eine größere Greiffläche beim Werkzeughalter herbeizuführen.

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Es dürfte klar sein_t daß ohne vom Geist der hier vorliegenden Erfindung abzuweichen, kleinere Änderungen an Form und Konstruktion der hier vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können. Die- hier vorliegende Erfindung soll demnach auch nicht auf die hier beschriebenen Äusführungsbeispiele beschränkt sein, sondern vielmehr auch all das einschließen) was in den Rahmen der Patentansprüche fällt.

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Claims

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Cincinnati Milling Machine Company

Patentansprüche

Ψ 1. Eine Werkzeugmaschine bestehend aus einem Gehäuse oder Maschinenständen, in welchem eine Spindel drehbar gelagert
ist, aus einem Magazin zur Aufnahme der Werkzeuge, aus dem dann - eines nach dem anderen - die Werkzeuge entnommen und in eine Position gefahren werden können, welche im rechten Winkel der Spindelachse liegt. Die Werkzeugmaschine

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Werkzeugwechselvorrichtung vorgesehen ist, welche sich um eine Achse drehen kann, die zur Achse der Spindel und zur Achse des in dieser Position befindlichen Werkzeuges einen bestimmten Winkel hat im Vergleich zur Position des auszutauschenden Werkzeuges.

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2. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

daß zum Werkzeugwechsler oder zur Werkzeugwechselvorrichtung eine Hauptwelle gehört, welche sich um ihre Längsachse drehen kann, wobei jeweils zwei Arme eine Schwenkbewegung um eine Achse durchführen, welche zur Achse der Hauptwelle im rechten Winkel angeordnet ist.

3. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß sich die Arme um separate und einander parallel versetzte Achsen drehen, wobei eine jede dieser Achsen im Hinblick auf die Achse der Welle seitlich versetzt ist.

4. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Welle eine Axialbohrung besitzt, in welcher sich eine Stange hin und her bewegen kann und mit den Armen zur Herbeiführung der bereits genannten Schwenkbewegung in Verbindung steht.

5. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß ein jeder Arm über einen Gelenkstift oder Gelenkbolzen in Verbindung steht, wobei auch ein Zahnsegment mit dem Gelenkstift oder Gelenkbolzen verbunden ist, und wobei eine Zahnstange angebracht ist, in die dann die Zahnsegmente eingreifen.

6. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß das Werkzeugmagazin oder die Werkzeughalterung eine Kettenschleife ist, welchedη einer parallel zur Spindelachse liegenden Hauptebene angeordnet ist. Bei dieser Ausführung sind die Werkzeughülsen mit der Kette verbunden und erstrekken sich vertikal zur Ebene. Bei dieser Ausführung ist ein Kettenantrieb vorgesehen, welcher die Werkzeughülsen und Werkzeuge nacheinander in die bereits genannte Position bringt.

7. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Achse der Werkzeugwechselvorrichtung den Winkel zwischen Spindelachse und Achse des Werkzeuges in der bereits genannten Position halbiert.

8. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet ,

daß mit der bereits genannten Hauptwelle ein Kolben verbunden ist, der sich in einem Zylinder gleitend bewegt, wobei um diesen Zylinder eine ringförmige Kammer angeordnet ist, in der sich eine Schaufel oder eine Fahne bewegen kann, um den Zylinder und den Kolben um die Achse der Welle zu drehen.

9. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß der Zylinder in Form eines Rohres konstruiert ist und eine Bohrung aufweist, in welcher der Kolben gleitet und bei dem die Fahne oder die Schaufei öieh radial von deren äußeren aus erstreckt.

10. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

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daß die Hauptwelle durch eine Bohrung im Gehäuse nach außen geführt und mil einem Kopf versehen ist, mit dem dLe bereits genannten Arme in Verbindung stehen; das Gehäuse und der Kopf radial gerichtete Flächen haben, wobei zwischen den Flächen eine ringförmige Dichtung angeordnet ist, welche eine Drehbewegung zuläßt, ohne daß es dabei zu einem Austritt von Flüssigkeiten aus dem Gehäuse kommt; schließlich die Welle das einzige bewegliche mechanische Konstruktionselement ist, welches aus dem Gehäuse herausgeführt ist.

11. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die bereits erwähnte Hauptwelle mit einem koaxialen Kolben versehen ist, welcher die Hin- und Herbewegung herbeiführt; ein Koaxialer Ventilschieber vorgesehen ist, welcher nicht mit dem Kolben in Verbindung steht und den Fluß der Hydraulikflüssigkeit zum Kolben hin und vom Kolben weg zur Steuerung der bereits genannten Bewegung zu steuern und zu regeln hat.

12. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ventilschieber direkt mit der Hauptwelle verbunden ist und sich mit dieser bewegen kann.

13. Eine Werkzeugnaschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Arm mit einem Gelenkstift oder Gelenkbolzen in Verbindung steht, welcher seinerseits wiederum über einen Hebel mit der Welle verbunden ist, und zwar derart, daß eine Hin- und Herbewegung der Welle eine Schwenkbewegung der Arme verursacht.

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14. Eine Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Hebel gleitend in einer Querbohrung angeordnet ist, welche in dessen jeweiligen Gelenkstift oder Gelenk· bolzen eingearbeitet ist.

- Ende -

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