DE19537071A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit mindestens
einer Spindel, der zumindest ein Werkzeugwechsler zum Einwechseln
von Werkzeugen zugeordnet ist.
Eine Werkzeugmaschine der vorstehend genannten Art ist bekannt,
bspw. aus der EP 0 360 168 B1.
Bei der bekannten Werkzeugmaschine handelt es sich um ein
Verarbeitungszentrum, das als Mehrspindelmaschine ausgebildet
ist. Dabei sind in völlig symmetrischer Bauweise zwei Spindeln
nebeneinander angeordnet, denen jeweils ein Werkzeugwechsler
zugeordnet ist. Die beiden Werkzeugwechsler umfassen jeweils
zwei Paare von Greifarmen, von denen jeweils einer auf einer
Seite der Spindel angeordnet ist. Die bekannte Werkzeugmaschine
weist ein Werkzeugmagazin auf, das in der Draufsicht die Gestalt
eines Hufeisens aufweist und in einer Horizontalebene angeordnet
ist. Die beiden freien Enden des Hufeisens greifen seitlich
um die Spindel herum. Sie sind am vorderen Ende mit einer
Übergabeposition für Werkzeuge versehen. Die Werkzeuge werden
in dem Hufeisenmagazin entlang einer Endlosbahn mittels einer
Förderkette befördert. Durch die beiden Werkzeuggreifer mit
jeweils zwei Greifarmen können nun Werkzeuge von den beiden
Übergabepositionen, die sich seitlich und oberhalb der Werkzeug
aufnahme der beiden Spindeln befinden, in die Werkzeugaufnahmen
überführt werden.
Bei der bekannten Werkzeugmaschine liegen auf beiden Seiten,
d. h. hinsichtlich beider Spindeln, vollkommen übereinstimmende
Verhältnisse vor. Die Werkzeuge können daher in beliebiger
Reihenfolge in beiden Spindeln eingesetzt werden.
Es ist darüber hinaus bekannt, bei Bearbeitungszentren sogenannte
Aus- oder Plandrehköpfe einzusetzen. Hierunter versteht man
Anordnungen, mit denen es z. B. möglich ist, größere Oberflächen
an Werkstücken planzudrehen. Die Besonderheit bei diesen
Plandrehköpfen besteht dabei darin, daß ein Plandrehwerkzeug
in radialer Richtung zur Spindelachse verstellt werden kann,
so daß der Drehdurchmesser variabel ist. Auf diese Weise erhält
man bei numerisch gesteuerten Bearbeitungszentren eine weitere
numerische Achse.
Bei den bekannten Bearbeitungszentren mit Plandrehkopf wird
z. B. der gesamte Plandrehkopf inklusive Plandrehwerkzeug montiert
bzw. gegen einen kompletten neuen Plandrehkopf mit Plandreh
werkzeug ausgetauscht. Aufgrund des sehr hohen Gewichtes dieser
Anordnungen geschieht dies regelmäßig durch manuelles Montieren.
Der radiale Abstand der Schneide des Plandrehwerkzeugs von der
Spindelachse wird dabei in der Regel ebenfalls manuell einge
stellt.
Andererseits ist es auch bekannt, den Plandrehkopf an der Spindel
der Werkzeugmaschine zu belassen, und die Plandrehwerkzeuge
von Hand auszutauschen. Der Plandrehkopf weist in diesem Falle
eine Werkzeugaufnahme mit einem Spreizglied zum formschlüssigen
Ergreifen und Spannen von die Werkzeuge haltenden Werkzeughaltern
auf, wobei das Spreizglied mittels eines Spindeltriebes
betätigbar ist. Dieser Spindeltrieb wird nun von Hand dadurch
betätigt, daß durch die den Plandrehkopf tragende Spindel
hindurch, die zu diesem Zweck als Hohlspindel ausgebildet ist,
eine Art Schraubendreher hindurchgesteckt und das Spreizglied
angezogen oder zur Freigabe des Werkzeughalters gelöst wird.
Die Werkzeughalter werden dabei von Hand in die Werkzeugaufnahme
des Plandrehkopfes eingesetzt bzw. aus dieser entnommen.
Schließlich ist es weiter bekannt, eine Werkzeugmaschine mit
einer ganzen Reihe von Werkzeugwechslern zu versehen, von denen
z. B. zwölf Stück im Kreis um die Spindel herum angeordnet sind.
Jeder Werkzeugwechsler weist eine Magazinstellung auf, in der
er von der Spindel zurückgezogen ist und das von seinem Greifer
getragene Werkzeug in sicherer Entfernung zu der Spindel hält.
Diese Greifer sind nun wahlweise unter die Spindel bringbar,
wo das Werkzeug durch geeignete Maßnahmen in die Spindel
eingekoppelt werden kann. Während der Bearbeitung des Werkstückes
verbleibt der Greifer an dem Werkzeug, so daß der Werkzeugwechsel
hier sehr schnell erfolgen kann. Nach erfolgtem Bearbeitungsgang
wird nämlich der Werkzeugwechsler mit dem auszuwechselnden
Werkzeug von der Spindel zurückgezogen, während der Werkzeug
wechsler mit dem einzuwechselnden Werkzeug gleichzeitig der
Werkzeugaufnahme in der Spindel zugeführt wird. Dadurch, daß
der Greifer während der Bearbeitung an dem Werkzeug verbleibt,
entfallen zusätzliche Bewegungen des Werkzeugwechslers.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine
Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiter
zubilden, daß die Spindel zwar Plandrehaufgaben ausführen kann,
dies jedoch unter eigenständiger numerischer Kontrolle sämtlicher
Parameter und bei erleichtertem Wechsel des Plandrehwerkzeugs.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Spindel mit einem Plandrehkopf bestückt ist, der Mittel zum
numerisch gesteuerten Verstellen eines Plandrehwerkzeugs in
einer Richtung r senkrecht zur Achse der Spindel umfaßt, und
daß der der Spindel zugeordnete Werkzeugwechsler zum Einwechseln
von Werkzeugen in den Plandrehkopf ausgebildet ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise
vollkommen gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist nämlich die
Spindel fest mit dem Plandrehkopf versehen, während das Aus
wechseln der Plandrehwerkzeuge über einen üblichen Werkzeug
wechsler abläuft. Auf diese Weise wird bereits die Variabilität
der Anordnung deutlich vergrößert, weil ebenso wie bei herkömm
lichen Werkzeugwechslern auch bei dem Plandrehkopf ein schnelles
Auswechseln unterschiedlicher Plandrehwerkzeuge möglich ist.
Ferner hat das feste Anbringen des Plandrehkopfs an der
Spindel den Vorteil, daß auch die radiale Verstellung des
Plandrehwerkzeugs intern ausgeführt werden kann, insbesondere
über eine numerisch steuerbare Zusatzachse. Auf diese Weise
wird daher der Gesamtvorgang noch umfassender automatisiert.
Selbstverständlich kann auch ein übliches Werkzeug, wie z. B.
ein Fräser oder Bohrer, in den Plandrehkopf eingewechselt werden,
wobei dieser dann eine mittige oder zentrierte Stellung zu der
Spindel einnehmen muß, so daß auch Bohr- und Fräsarbeiten mit
der neuen Werkzeugmaschine durchgeführt werden können. Auf diese
Weise wird für einen breiten Anwendungsbereich der neuen
Werkzeugmaschine gesorgt. Selbstverständlich kann es auch möglich
sein, die Werkzeugmaschine mit einer zweiten Spindel auszurüsten,
der eigene Werkzeugwechsler zugeordnet sind, so daß der Plandreh
kopf lediglich Plandrehwerkzeuge aufnimmt, während die zweite
Spindel für andere Werkzeuge vorgesehen ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der
Werkzeugwechsler einen Greifarm, an dessen freiem Ende ein
Greifer angeordnet ist, der einen Werkzeughalter formschlüssig
umfaßt, wobei dem Greifer erste Rastmittel zum Verrasten des
Werkzeughalters in Achsrichtung sowie zweite Rastmittel zum
Verrasten des Werkzeughalters in Umfangsrichtung zugeordnet
und die Rastmittel separat betätigbar sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das Werkzeug mit definierter
Schneidenstellung in die Spindel des Plandrehkopfes einsetzbar
ist. Ferner dienen die verschiedenen Rastmittel dazu, um diese
definierte Stellung des Werkzeugs auch während des Überführens
von der Magazinstellung in die Arbeitsstellung aufrechtzu
erhalten. Schließlich kann je nach Einsatzfall der Greifer
während des Arbeitens des Plandrehwerkzeugs an diesem verbleiben
oder von diesem entfernt werden. Wenn das Plandrehwerkzeug jedoch
radial verfahren werden muß, wird der Greifer vorher zurück
gezogen. Dies ist wegen der erfindungsgemäß vorgesehenen
Rastmittel auch möglich.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels
sind in einer Arbeitsstellung, in der der Werkzeughalter in
einer Werkzeugaufnahme des Plandrehkopfes eingespannt ist, die
ersten Rastmittel verrastet und die zweiten Rastmittel nicht
verrastet.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das Werkzeug bis zum Ende
des Einspannvorganges hin in vertikaler Richtung gesichert ist,
wobei die insoweit vorliegende Verrastung auch während des
Arbeitens des Werkzeuges aufrechterhalten werden kann, wie
bereits erwähnt. Die zweiten Rastmittel sind hingegen nicht
mehr verrastet, weil bei eingespanntem Werkzeug die Umfangs
richtung des Werkzeuges definiert ist und dieses ansonsten nicht
gedreht werden könnte.
Besonders bevorzugt ist, wenn in einer Magazinstellung, in der
der Werkzeughalter sich im Abstand von einer Werkzeugaufnahme
des Plandrehkopfes befindet, die ersten Rastmittel manuell
entrastbar sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Bestückungsvorgang in
der Magazinstellung erleichtert wird. Dies gilt insbesondere
dann, wenn die Werkzeugmaschine mehrere Werkzeugwechselvorrich
tungen aufweist, die auch in ihrer Magazinstellung das Werkzeug
in ihrem Greifer halten, wie dies eingangs im Zusammenhang mit
einer bekannten Werkzeugmaschine bereits erörtert wurde.
Eine gute Wirkung wird dabei dann erzielt, wenn die ersten
Rastmittel unter Federkraft in Eingriff stehen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die erste Verrastung in
technisch sehr einfacher Weise permanent aufrechterhalten werden
kann.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung umfassen die
Mittel zum Verstellen des Plandrehwerkzeugs ein Getriebe, das
eine in Richtung der Achse der Spindel wirkende Kraft in eine
in der Richtung senkrecht zur Achse wirkende Betätigungskraft
zum Verstellen des Plandrehwerkzeugs umsetzt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß in einem Spindelstock, dessen
Elemente in vertikaler Richtung organisiert sind, eine leichte
Verstellung des Plandrehwerkzeugs möglich wird.
Dies gilt insbesondere dann, wenn das Getriebe eine 45°-Verzah
nung mit Gegenverzahnung umfaßt.
Diese Maßnahme hat nämlich den Vorteil, daß eine Vertikalbewegung
in äußerst einfacher Weise in eine Horizontalbewegung umgesetzt
wird.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Ausführungsbeispiels
wird die in Richtung der Achse wirkende Kraft mittels einer
Zustellstange erzeugt, wobei die Zustellstange über einen
Spindeltrieb in Richtung der Achse verschiebbar ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß über einen motorischen
Drehantrieb in einfacher Weise eine Vertikalbewegung der
Zustellstange erzeugt wird, die wiederum in die Radialbewegung
des Plandrehwerkzeuges umgesetzt wird.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung, bei denen
der Plandrehkopf eine Werkzeugaufnahme mit einem Spreizglied
zum formschlüssigen Ergreifen und Spannen des Werkzeughalters
umfaßt, ist das Spreizglied durch Drehen der Spindel zum Spannen
und/oder Lösen des Werkzeughalters betätigbar.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Spannmittel im Plandreh
kopf völlig autonom arbeiten, so daß die Werkzeugaufnahme
beliebig in Radialrichtung verschiebbar ist, ohne daß die
Spannkraft der Spannmittel unterbrochen wird. Dies ist bei
herkömmlichen Spannmechanismen nicht möglich, bei denen konti
nuierlich eine Zugkraft auf die Spannmittel ausgeübt wird, die
üblicherweise über die gesamte Länge des Spindelstocks erzeugt
und aufrechterhalten wird. Dadurch, daß jetzt durch einfaches
Drehen der den Plandrehkopf haltenden Spindel der Werkzeughalter
gespannt/gelöst werden kann, kann auf einen weiteren Antrieb
zum automatischen Lösen/Spannen des Werkzeughalters verzichtet
werden. Die beim Stand der Technik von Hand vorgenommenen
Maßnahmen des Lösens und Spannens des Werkzeughalters werden
somit ebenfalls auf sehr einfache und vorteilhafte Weise
automatisiert, ohne daß zusätzliche konstruktive Maßnahmen
erforderlich sind, um die gattungsbildende Werkzeugmaschine
umzukonstruieren.
Dabei ist es bevorzugt, wenn dem Spreizglied ein Spindeltrieb
zugeordnet ist, der durch Verdrehen der drehfest mit der Spindel
verbundenen Werkzeugaufnahme betätigt wird.
Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, weil die zum
Spannen/Lösen des Werkzeughalters erforderliche Vertikalbewegung
des Spreizgliedes durch den Spindeltrieb aus der über die
Werkzeugaufnahme von der Spindel übermittelte Drehung abgeleitet
werden kann.
Bei einer Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels wird der
Spindeltrieb durch einen Außengewindeabschnitt am Spreizglied
sowie einen Innengewindeabschnitt an der Werkzeugaufnahme
gebildet.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Spindeltrieb zum
Einspannen des Werkzeugs in besonders einfacher Weise realisiert
werden kann.
In Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels weist das Spreiz
glied einen Mitnehmer auf, über den der Außengewindeabschnitt
im Innengewindeabschnitt verdrehbar ist. Der Mitnehmer ist dabei
vorzugsweise mittels einer Kuppelstange verdrehbar, die an einem
Ende mit einem zum Mitnehmer komplementären Gegenstück versehen
ist. Der Plandrehkopf ist dabei insbesondere derart verstellbar,
daß der Mitnehmer und das Gegenstück in eine miteinander
fluchtende Stellung bringbar sind, wobei in bevorzugter Weise
das Spreizglied drehfest fixierbar ist, derart, daß der Spindel
trieb durch Verdrehen der Werkzeugaufnahme betätigt wird.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß in der fluchtenden
Stellung das Spreizglied über die Kuppelstange vom anderen Ende
des Spindelstocks her betätigbar ist, wobei "betätigbar"
vorzugsweise so zu verstehen ist, daß das Spreizglied festge
halten wird, während die eigentliche Anzugsbewegung des Spindel
triebs durch ein Anfahren des Spindelrotors erreicht wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung. Es versteht sich, daß die vorstehend
genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch
in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind,
ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine äußerst schematisierte Vorderansicht auf ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeug
maschine;
Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Querschnittsdarstellung
entlang der Linie II-II von Fig. 1;
Fig. 3 eine noch weiter vergrößerte Detailansicht zur
Erläuterung eines Werkzeugwechslers, wie er an der
Werkzeugmaschine gemäß Fig. 1 und 2 Verwendung finden
kann;
Fig. 4 in noch weiter vergrößertem Maßstab eine Draufsicht
auf einen Greifer in einem Werkzeugwechsler gemäß
Fig. 3.
In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt eine Werkzeugmaschine. Unter
"Werkzeugmaschine" ist im vorliegenden Fall insbesondere ein
sogenanntes Bearbeitungszentrum zu verstehen, d. h. eine numerisch
gesteuerte Werkzeugmaschine, in der insbesondere Bohr-, Fräs-
und Dreharbeiten ausgeführt werden. Bearbeitungszentren dieser
Art verfügen entweder über ein Werkzeugmagazin, in dem eine
Vielzahl unterschiedlicher Werkzeuge in Werkzeughaltern gespei
chert sind, oder über eine große Zahl von Werkzeugwechslern,
in denen die Werkzeuge zwischen zwei Rüstzeiten in deren
Magazinstellung permanent gehalten sind. Mittels eines oder
mehrerer solcher Werkzeugwechsler werden diese Werkzeuge je
nach Bedarf in eine Spindel des Bearbeitungszentrums eingewech
selt, damit ein bestimmter Bearbeitungsvorgang unter numerischer
Kontrolle ablaufen kann. Nach Beendigung des jeweiligen Bear
beitungsschrittes wird das soeben benutzte Werkzeug ausgespannt
und ein neues Werkzeug für den nächsten Bearbeitungsvorgang
eingespannt. Bearbeitungszentren dieser Art sind allgemein
bekannt.
Die Werkzeugmaschine 10 in Fig. 1 ist eine sogenannte Fahr
ständermaschine. Dabei ist ein Fahrständer 11 mit einem Spindel
stock 12 versehen. Der Spindelstock 12 ist am Fahrständer 11
insbesondere in Vertikalrichtung verfahrbar.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Werkzeugmaschine 10 ist der
Spindelstock 12 mit zwei Spindeln, nämlich einer ersten Spindel
13 und einer zweiten Spindel 14, ausgerüstet.
Der Fahrständer 11 ist in der Darstellung der Fig. 1 auf einem
Sockel 15 senkrecht zur Zeichenebene verfahrbar. Der Sockel
15 ist wiederum in der Darstellung der Fig. 1 nach rechts und
nach links auf einem raumfesten Maschinenbett 16 verfahrbar.
Insgesamt kann der Spindelstock 12 damit entlang von drei
kartesischen Koordinaten verfahren werden.
Zur Steuerung des Bewegungsablaufs und des gesamten Bearbeitungs
vorganges ist ein Steuerpult 17 vorgesehen, das zur numerischen
Steuerung der Werkzeugmaschine 10 dient.
Der Spindelstock 12 ist zu einer mittleren Symmetrieachse 18
im wesentlichen symmetrisch ausgebildet. Die Spindeln 13, 14
sind vertikalachsig ausgebildet. Ihre Achsen sind in Fig. 1
mit 23 bzw. 24 bezeichnet.
In der Nähe der ersten Spindel 13 befindet sich ein erster
Greifarm 25 eines ersten Werkzeugwechslers 27, während ein
zweiter Greifarm 29 eines zweiten Werkzeugwechslers 30 sich
in der Nähe der zweiten Spindel 14 befindet. Mittels der
Greifarme 25, 29 können Werkzeuge 31 bzw. 32 beliebiger Art
in die Spindeln 13 bzw. 14 eingewechselt werden. In der Darstel
lung der Fig. 1 ist jeder Spindel 13, 14 jeweils nur ein Greifarm
25 bzw. 29 zugeordnet. Es versteht sich jedoch, daß jeder Spindel 13, 14
mehrere abwechselnd wirkende Greifarme zugeordnet werden
können, die jeweils ein Werkzeug 31, 32 tragen und zwischen
einer Arbeitsstellung, in der sich das Werkzeug in der Spindel
13, 14 befindet, sowie einer Magazinstellung wechseln, in der
sie von der Spindel 13, 14 zurückgezogen das Werkzeug 31, 32
für das nächste Einwechseln bereithalten.
Das Besondere bei der Werkzeugmaschine 10 besteht darin, daß
die zweite Spindel 14 in herkömmlicher Weise für Bohr- und
Fräsarbeiten ausgelegt ist, während die erste Spindel 13 mit
einem Plandrehkopf versehen ist, um z. B. an den zu bearbeitenden
Werkstücken bestimmte Oberflächen plandrehen oder Konturen
ausdrehen zu können.
Selbstverständlich kann die Werkzeugmaschine 12 auch so ausgelegt
sein, daß nur eine Spindel, nämlich die Spindel 13, vorgesehen
ist, die einen Plan- oder Ausdrehkopf trägt, in den außer
Ausdrehwerkzeugen auch "übliche" Werkzeuge wie Bohrer, Fräser
etc. eingewechselt werden, wobei diese Werkzeuge im Ausdrehkopf
natürlich zentrisch positioniert werden müssen.
In der vergrößerten Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 2 sind
weitere Einzelheiten der ersten Spindel 13 zu erkennen.
Man erkennt zunächst, daß am Fahrständer 11 eine vertikale
Schiene 41 angeordnet ist, auf der entlang einer vertikalen
Achse 42 ein Schlitten 43 verfahrbar ist. Der Schlitten 43 trägt
ein Spindelgehäuse 44. Die hierzu vorgesehenen Antriebs- und
Steuereinheiten sind an sich bekannt und in Fig. 2 der Über
sichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Am unteren Ende des Spindelgehäuses 44 sind in einer zentralen
Aufnahme derselben Lager 49 angebracht, die zur Lagerung eines
Spindelrotors 50 dienen. Der Spindelrotor 50 ist in der Nähe
seines oberen Endes drehfest mit einer Riemenscheibe 51 verbun
den, die über einen Riemen 52 von einem Spindelantrieb 53
antreibbar ist. Über eine Steuerleitung 54 kann der Spindelrotor
50 damit in Drehung versetzt werden.
Das untere Ende des Spindelrotors 50 läuft in einen rotations
symmetrischen Flansch 55 aus. Der Flansch 55 dient zur Be
festigung eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 60 bezeichneten
Plandrehkopfs.
Der Plandrehkopf 60 ist mit einer horizontal verlaufenden Schiene
61 versehen. Auf der Schiene 61 läuft ein Schlitten 62. Der
Schlitten 62 ist mit einer in einer Vertikalebene wirkenden
45°-Verzahnung 63 versehen. Über eine Gegenverzahnung 64, deren
Einzelheiten weiter unten noch erläutert werden, kann eine
vertikale Bewegung (Pfeil 65) der Gegenverzahnung nach Art eines
Keilgetriebes in eine horizontale Bewegung (Pfeil 66) der 45°-
Verzahnung 63 umgesetzt werden. Die 45°-Verzahnung 63 und die
Gegenverzahnung 64 bilden somit ein Getriebe zur Umsetzung einer
Vertikalbewegung in eine Horizontalbewegung.
Die vertikale Antriebsbewegung dient dazu, den Schlitten 62
auf dem Plandrehkopf in horizontaler Richtung (Pfeil 66) zu
verschieben.
Am unteren Ende des Schlittens 62 ist eine Werkzeugaufnahme
67 von an sich herkömmlicher Bauart angeordnet. Die Werkzeug
aufnahme 67 ist als Innenkegel ausgebildet und dient zur
formschlüssigen Aufnahme eines Werkzeughalters 68, der an seinem
oberen Ende als Norm-Hohlschaftkegel ausgebildet ist, der eine
komplementäre Form zur Werkzeugaufnahme 67 aufweist.
Der Werkzeughalter 68 trägt an seinem unteren Ende hier ein
Plandrehwerkzeug 69, obwohl auch ein "übliches" Werkzeug 31,
32 aufgenommen sein könnte. Wenn nun über das Getriebe 63/64
eine vertikale Antriebsbewegung in eine Horizontalbewegung des
Schlittens 62 entlang der Schiene 61 umgesetzt wird, so wird
das Plandrehwerkzeug 69 in einer Horizontalebene verfahren,
wie mit 68′, 69′ in Fig. 2 angedeutet. Die Schneide des Plandreh
werkzeugs 69, die sich ursprünglich in der Achse 23 der Spindel
13 befand, bewegt sich auf diese in radialer Richtung r von
der Achse 23 weg. Auf diese an sich bekannte Weise kann somit
der Plandrehkopf 60 zum Abdrehen von Flächen mit unterschied
lichem Drehradius eingesetzt werden.
Die Werkzeugaufnahme 67 umfaßt ferner ein Spreizglied 70, das
im ungespreizten Zustand an das obere Ende des Werkzeughalters
68 heran oder in dieses einführbar ist, während im gespreizten
Zustand das Spreizglied 70 den Werkzeughalter 68 formschlüssig
ergreift und in einer vertikalen Richtung in die Werkzeugaufnahme
67 hineinzuziehen und dort einzuspannen vermag.
Das Spreizglied 70 ist im oberen Bereich mit einem Außengewinde
abschnitt 71 versehen. Der Außengewindeabschnitt 71 läuft in
einem Innengewindeabschnitt 72 der Werkzeugaufnahme 67, d. h.
im Schlitten 62. Die Gewindeabschnitte 71, 72 bilden somit einen
Spindeltrieb.
Am oberen Ende läuft das Spreizglied 70 in einen Mitnehmer 73,
bspw. eine horizontale Rippe, aus. Oberhalb des Mitnehmers 73
ist ein Gegenstück 74 zu erkennen, das in der Formgebung an
den Mitnehmer 73 angepaßt ist.
Das Gegenstück 74 bildet das untere Ende einer Kuppelstange
80. Die Kuppelstange 80 ist in der Achse 23 der Spindel 13
angeordnet. Am oberen Ende läuft die Kuppelstange 80 in einem
Kolben 81 einer Kolben-Zylinder-Einheit 82 aus. Die Einheit
82 ist mit Steuerleitungen 83, 84 versehen, um den Kolben 81
in vertikaler Richtung verfahren zu können.
Auf diese Weise ist es möglich, das Gegenstück 74 entweder vom
Mitnehmer 73 abzuheben, wie in Fig. 2 dargestellt ist, oder
das Gegenstück 74 mit dem Mitnehmer 73 in Eingriff zu bringen.
Die Kuppelstange 80 ist unterhalb ihres oberen Endes von einer
Kupplung 86 umgeben, die ihrerseits mit einer Steuerleitung
87 versehen ist. Die Kupplung 86 ist raumfest angeordnet und
dient dazu, die Kuppelstange 80 drehfest zu arretieren, wenn
die Steuerleitung 87 mit einem entsprechenden Signal beaufschlagt
ist.
Die Kupplung 86 ist als Ratschkupplung ausgebildet. Dies
bedeutet, daß die Kupplung 86 bis zu einem einstellbaren
Grenzwert des einwirkenden Drehmoments hält und dann löst, wobei
das gehaltene Teil, nämlich die Kuppelstange 80, sich nur bis
in die nächste Deckungsstellung der Ratschelemente verdrehen
kann, bspw. um 180°, bis die Kupplung 86 erneut formschlüssig
faßt.
Zur Detektion eines solchen Ratschvorganges dient ein Sensor
88, der oberhalb der Kupplung 86 angeordnet ist. Über eine
Steuerleitung 89 kann vom Sensor 88 ein Steuersignal abgeleitet
werden.
Zur Betätigung der Gegenverzahnung 64 dient eine Zustellstange
90, die als Rohr die Kuppelstange 80 umgibt.
Am unteren Ende läuft die Zustellstange 90 in die bereits
erwähnte Gegenverzahnung 64 aus, die in Fig. 2 der Übersichtlich
keit halber nicht im einzelnen dargestellt ist.
Die Zustellstange 90 ist im oberen Ende des Spindelrotors 50
mittels Radiallagern 91 in radialer Richtung gehalten. Über
Axiallager 92 ist die Zustellstange 90 in einem Schlitten 93
gehalten. Dies bedeutet, daß die Zustellstange 90 sich zwar
im Schlitten 93 drehen, aber nicht gegenüber dem Schlitten 93
axial verschieben kann.
Der Schlitten 93 ist entlang einer vertikalen Achse 94 an einer
Schiene 95 verfahrbar, die auf der Innenseite des Spindelgehäuses
44 ausgebildet ist.
Der Schlitten 93 ist an seiner Oberseite starr mit einer
Kugelgewindespindel 100 verbunden, die die Kuppelstange 80
ebenfalls lose umgibt. Auf der Kugelgewindespindel 100 läuft
eine Spindelmutter 101, die ihrerseits in Axiallagern 102 axial
festgehalten wird.
Die Spindelmutter 101 ist an ihrem unteren Ende drehfest mit
einer Riemenscheibe 103 verbunden. Die Riemenscheibe 103 wird
wiederum mittels eines Riemens 104 von einem Zustellantrieb
105 angetrieben. Eine Steuerleitung 106 dient zur Steuerung
dem Zustellantriebes 105.
Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 2 ist wie folgt:
Wenn der Werkzeughalter 68 von unten in die Werkzeugaufnahme 67 eingeführt wird, welcher Vorgang weiter unten anhand der Fig. 3 und 4 noch näher beschrieben werden wird, gelangt das Spreizglied 70 in Eingriff mit dem Werkzeughalter 68. Durch Betätigen der Kolben-Zylinder-Einheit 82 wird nun die Kuppel stange 80 aus der in Fig. 2 eingezeichneten Stellung nach unten verfahren, und zwar soweit, daß das Gegenstück 74 den Mitnehmer 73 ergreift. Sobald dies geschehen ist, wird die Kupplung 86 über die Steuerleitung 87 geschlossen, wobei ein Grenzwert des Haltemomentes in der Kupplung 86 von bspw. 15 Nm eingestellt wird.
Wenn der Werkzeughalter 68 von unten in die Werkzeugaufnahme 67 eingeführt wird, welcher Vorgang weiter unten anhand der Fig. 3 und 4 noch näher beschrieben werden wird, gelangt das Spreizglied 70 in Eingriff mit dem Werkzeughalter 68. Durch Betätigen der Kolben-Zylinder-Einheit 82 wird nun die Kuppel stange 80 aus der in Fig. 2 eingezeichneten Stellung nach unten verfahren, und zwar soweit, daß das Gegenstück 74 den Mitnehmer 73 ergreift. Sobald dies geschehen ist, wird die Kupplung 86 über die Steuerleitung 87 geschlossen, wobei ein Grenzwert des Haltemomentes in der Kupplung 86 von bspw. 15 Nm eingestellt wird.
Durch Betätigen des Spindelantriebes 53 wird nun der Spindelrotor
50 und damit der Schlitten 62 und die Werkzeugaufnahme 67
verdreht. Da das Spreizglied 70 von der Kuppelstange 80 drehfest
gehalten wird, bewegt sich das Spreizglied 70 über den durch
die Gewindeabschnitte 71, 72 gebildeten Spindeltrieb nach oben
und zieht den Werkzeughalter 68 in die Werkzeugaufnahme 67 ein.
Sobald das voreingestellte Drehmoment von z. B. 15 Nm erreicht
ist, rastet die Ratschkupplung 86 aus. Dieser Ratschvorgang
wird über den Sensor 88 erkannt und über die Steuerleitung 89
dem Steuerpult 17 mitgeteilt, worauf der Spindelantrieb 53
gestoppt wird.
Die Kupplung 86 wird nun wieder gelöst und die Kuppelstange
80 mittels der Kolben-Zylinder-Einheit 82 nach oben verfahren,
so daß das Gegenstück 74 wieder außer Eingriff mit dem Mitnehmer
73 ist.
Das Plandrehwerkzeug 69 ist nun einsatzbereit. Je nach vor
liegender Plandrehaufgabe wird das Plandrehwerkzeug 69 nun in
radialer Richtung r verschoben. Hierzu wird der Zustellantrieb
105 über die Steuerleitung 106 angesteuert. Die vertikal feste
Spindelmutter 101 wird über den Riementrieb 103, 104 verdreht
und zieht die Kugelgewindespindel 100 nach oben oder nach unten.
Die Kugelgewindespindel 100 nimmt über den Schlitten 93 die
Zustellstange 90 in vertikaler Richtung mit. Die Gegenverzahnung
64 läuft nun auf der 45°-Verzahnung 63 des Schlittens 62, so
daß dieser sich in Horizontalrichtung (Pfeil 66) verschiebt,
bspw. in die in Fig. 2 eingezeichnete strichpunktierte Stellung
68′, 69′. In dieser Stellung kann die Plandrehaufgabe ausgeführt
werden.
Für einen nachfolgenden Werkzeugwechsel muß zunächst der
Schlitten 62 auf der Schiene 61 wieder in eine Stellung verfahren
werden, in der die Achse des Spreizgliedes 70 mit der Spindel
achse 23 und damit der Kuppelstange 80 fluchtet. Dann können
sich die vorstehend beschriebenen Vorgänge anschließen. Zum
Ausspannen des Werkzeughalters 68 wird das Grenz-Drehmoment
in der Kupplung 86 vorzugsweise höher eingestellt, z. B. auf
25 Nm, weil zum Lösen ein höheres Drehmoment erforderlich ist.
Wichtig dabei ist, daß der Plandrehkopf 60 erfindungsgemäß am
Flansch 55 des Spindelrotors 50 verbleibt und nur die Plan
drehwerkzeuge 69 ausgetauscht werden.
In den Fig. 3 und 4 sind nähere Einzelheiten des zugehörigen
Werkzeugwechslers 27 dargestellt.
Der Werkzeugwechsler 27 umfaßt den Greifarm 25, der in her
kömmlicher Weise als Parallelogrammgestänge ausgebildet ist.
In Fig. 3 ist durchgezogen eine Arbeitsstellung und strich
punktiert eine Magazinstellung des Werkzeugwechslers 27 darge
stellt.
Der Werkzeugwechsler 27 ist an seinem unteren freien Ende mit
einem Greifer 110 versehen. Der Greifer 110 ergreift eine
Greifnut 114 am Werkzeughalter 68. Mittels eines am Greifer
110 vorgesehenen Klemmsteins 115, der in die Greifnut 114 des
erfaßten Werkzeughalters 68 greift, kann dieser gegen Vertikal
bewegung gesichert werden. Der Klemmstein 115 liegt in der
Greifnut 114 kontinuierlich unter der Wirkung einer Schrauben
feder 116 an. Mittels eines Hebels 117 kann die Feder 116
überdrückt und der Klemmstein 115 aus der Greifnut 114 abgehoben
werden. Der Hebel 117 kann servomechanisch betätigt werden,
vorzugsweise ist er aber als Handhebel ausgebildet.
Am rückwärtigen Ende des Greifers 110 ist eine Betätigungseinheit
120 angebracht, bspw. eine pneumatische, hydraulische oder
elektromagnetische Betätigungseinheit. Die Betätigungseinheit
120 dient zum Betätigen zweier Klauen 121, 122, die symmetrisch
in Achsen 123, 124 schwenkbar gehalten sind. Die Klauen 121,
122 können damit geöffnet werden, wie mit Pfeilen 125, 126
angedeutet, oder sie können dicht um den Werkzeughalter 68 herum
gelegt werden. Weitere Einzelheiten der Betätigungseinheit eines
solchen Greifers 110 sind z. B. in der EP 0 481 275 B1 beschrie
ben.
An dem in Fig. 1 oberen Umfang des Werkzeughalters 68 ist eine
Rastnut 130 erkennbar. Der Rastnut 130 steht ein Raststein 131
gegenüber, der an der in Fig. 4 oberen Klaue 121 des Greifers
110 ausgebildet ist.
Die Wirkungsweise des in den Fig. 3 und 4 dargestellten Werkzeug
wechslers 27 ist wie folgt:
Der Werkzeugwechsler 27 befindet sich zunächst in der in Fig. 3 strichpunktiert eingezeichneten Magazinstellung. Der Greifarm 25a ist in diesem Fall schräg nach oben und außen verschwenkt, so daß der Werkzeughalter 68a nach außen und nach oben vom Plandrehkopf 60 beabstandet ist. In dieser Stellung kann der Werkzeughalter 68a manuell bestückt werden, wenn eine neue Folge von Bearbeitungsvorgängen vorbereitet werden soll. Der Benutzer der Werkzeugmaschine betätigt dazu den Hebel 117, so daß bei geöffneten Klauen 121, 122 eine Entnahme des zuvor benutzten Werkzeughalters und eine Neubestückung mit dem für die nächste Bearbeitungsaufgabe erforderlichen Werkzeughalter 68a möglich ist.
Der Werkzeugwechsler 27 befindet sich zunächst in der in Fig. 3 strichpunktiert eingezeichneten Magazinstellung. Der Greifarm 25a ist in diesem Fall schräg nach oben und außen verschwenkt, so daß der Werkzeughalter 68a nach außen und nach oben vom Plandrehkopf 60 beabstandet ist. In dieser Stellung kann der Werkzeughalter 68a manuell bestückt werden, wenn eine neue Folge von Bearbeitungsvorgängen vorbereitet werden soll. Der Benutzer der Werkzeugmaschine betätigt dazu den Hebel 117, so daß bei geöffneten Klauen 121, 122 eine Entnahme des zuvor benutzten Werkzeughalters und eine Neubestückung mit dem für die nächste Bearbeitungsaufgabe erforderlichen Werkzeughalter 68a möglich ist.
Wenn im numerischen Steuerprogramm nun das betreffende Werkzeug
aufgerufen wird, so wird der Werkzeughalter 27 aus der Magazin
stellung in die Arbeitsstellung verschwenkt. Dabei wird der
Werkzeughalter 68 zunächst der Werkzeugaufnahme 67 von unten
angeboten, d. h. in eine Stellung gefahren, in der der Werkzeug
halter 68 noch einen geringfügigen vertikalen Abstand zur
Werkzeugaufnahme 67 hat.
Da die Anordnung in an sich bekannter Weise so getroffen ist,
daß die Werkzeugaufnahme 67 in Vertikalrichtung relativ zum
Werkzeugwechsler 27 verfahrbar ist, kann der Werkzeughalter
68 von unten in die Werkzeugaufnahme 67 eingefahren werden.
Während des bisher geschilderten Bewegungsablaufs ist es wichtig,
daß der Werkzeughalter 68 in einer vorbestimmten Umfangsstellung
gehalten wird. Dies wird dadurch bewirkt, daß bei geschlossenen
Klauen 121, 122 der Raststein 131 in die Rastnut 130 greift,
so daß der Werkzeughalter 68 in Umfangsrichtung fixiert ist.
Diese Umfangs-Bezugsposition wird damit bereits während des
Bestückens des Greifers 110 festgelegt. Zusätzlich ist der
Werkzeughalter 68, wie erwähnt, in vertikaler Richtung mittels
des Klemmsteins 115 fixiert, der in die Greifnut 114 eingreift.
Wenn nun der Werkzeughalter von unten in den Bereich der
Werkzeugaufnahme 67 herangefahren wird, so gelangen form
schlüssige Mitnahmeelemente, bspw. ein Nutenstein am Spindelrotor 50
und eine Nut in der oberen Radialfläche des Werkzeughalters
68 (jeweils nicht dargestellt), miteinander in Eingriff. Die
definierte Umfangsstellung ist damit weiter gewährleistet. Die
Klauen 121, 122 können dann mittels der Betätigungseinheit 120
geöffnet werden, wie in Fig. 4 dargestellt. Der Werkzeughalter
68 ist damit frei drehbar, aber in Vertikalrichtung immer noch
fixiert, wofür das Zusammenspiel zwischen Werkzeugaufnahme 67/
Hohlschaftkegel und Klemmstein 115/Greifnut 114 sorgt.
Nachdem sich der Werkzeughalter 68 in dieser Stellung befindet,
beginnt der oben im Zusammenhang mit der Fig. 2 bereits
beschriebene Einkuppelvorgang, in dem nach dem Arretieren der
Kuppelstange 80 der Spindelrotor 50 über die Spindel 13 die
Werkzeugaufnahme 67 dreht, um das Spreizglied 70 anzuziehen.
Da der Werkzeughalter 68 zu diesem Zeitpunkt bereits drehfest
mit der Werkzeugaufnahme 67 gekuppelt ist, dreht sich die
Werkzeugaufnahme 68 während dieses Spannvorganges mit, weshalb
zuvor die Klauen 121, 122 geöffnet werden mußten.
Der Greifer 110 kann nun in dieser Stellung am Werkzeughalter
68 verbleiben, auch wenn dieser seine Bearbeitungsaufgabe
durchführt. Alternativ ist es aber auch möglich, den Greifer
110 in Horizontalrichtung vom Werkzeughalter 68 weg zu fahren,
so daß kein mechanischer Kontakt mehr vorhanden ist.
Claims (14)
1. Werkzeugmaschine mit mindestens einer Spindel (13), der
Werkzeugwechsler (27) zum Einwechseln von Werkzeugen (31,
69) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel
(13) mit einem Plandrehkopf (60) bestückt ist, der Mittel
zum numerisch gesteuerten Verstellen eines Plandrehwerkzeugs
(69) in einer Richtung (r) senkrecht zur Achse (23) der
Spindel (13) umfaßt, und daß der der Spindel (13) zugeord
nete Werkzeugwechsler (27) zum Einwechseln von Werkzeugen
(31, 69) in den Plandrehkopf (60) ausgebildet ist.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkzeugwechsler (27) einen Greifarm (25) umfaßt,
an dessen freiem Ende ein Greifer (110) angeordnet ist,
der einen Werkzeughalter (68) formschlüssig umfaßt, daß
dem Greifer (110) erste Rastmittel (114, 115) zum Verrasten
des Werkzeughalters (68) in Achsrichtung sowie zweite
Rastmittel (130, 131) zum Verrasten des Werkzeughalters
(68) in Umfangsrichtung zugeordnet sind, und daß die
Rastmittel (114, 115/130, 131) separat betätigbar sind.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Arbeitsstellung, in der der Werkzeughalter
(68) in einer Werkzeugaufnahme (67) des Plandrehkopfes
(60) eingespannt ist, die ersten Rastmittel (114, 115)
verrastet und die zweiten Rastmittel (130, 131) nicht
verrastet sind.
4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß in einer Magazinstellung, in der der Werkzeug
halter (68) sich im Abstand von einer Werkzeugaufnahme
(67) des Plandrehkopfes (60) befindet, die ersten Rastmittel
(114, 115) manuell entrastbar sind.
5. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche
2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Rastmittel
(114, 115) unter Federkraft (116) in Eingriff miteinander
stehen.
6. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum
Verstellen des Plandrehwerkzeuges (69) ein Getriebe
umfassen, das eine in Richtung der Achse (23) der Spindel
(13) wirkende Kraft in eine in der Richtung (r) senkrecht
zur Achse (23) wirkende Betätigungskraft zum Verstellen
des Plandrehwerkzeuges (69) umsetzt.
7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Getriebe eine 45°-Verzahnung (63) mit Gegenver
zahnung (64) umfaßt.
8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die in Richtung der Achse (23) wirkende Kraft
mittels einer Zustellstange (90) erzeugt wird, wobei die
Zustellstange (90) über einen Spindeltrieb (100, 101) in
Richtung der Achse (23) verschiebbar ist.
9. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 8, bei der der Plandrehkopf (60) eine Werkzeugaufnahme
(67) mit einem Spreizglied (70) zum formschlüssigen
Ergreifen und Spannen des Werkzeughalters (68) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizglied (70) durch
Verdrehen der Spindel (13) zum Spannen und/oder Lösen des
Werkzeughalters (68) betätigbar ist.
10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Spreizglied (70) ein Spindeltrieb (71, 72) zugeord
net ist, der durch Verdrehen der drehfest mit der Spindel
(13) verbundenen Werkzeugaufnahme (67) betätigt wird.
11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spindeltrieb durch einen Außengewindeabschnitt
(71) am Spreizglied (70) sowie einen Innengewindeabschnitt
(72) an der Werkzeugaufnahme (67) gebildet wird.
12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Spreizglied (70) einen Mitnehmer (73) aufweist,
über den der Außengewindeabschnitt (71) im Innengewinde
abschnitt (72) verdrehbar ist.
13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mitnehmer (73) mittels einer Kuppelstange (80)
verdrehbar ist, die an einem Ende mit einem zum Mitnehmer
(73) komplementären Gegenstück (74) versehen und drehfest
fixierbar ist.
14. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche
9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizglied (70)
drehfest fixierbar ist.
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DE59604942T DE59604942D1 (de) | 1995-09-02 | 1996-07-10 | Werkzeugmaschine |
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