DE19708786A1 - Werkzeugtragender Revolverkopf für Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehbänke oder ähnliche Beareitungszentren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen werkzeugtragenden Revolverkopf für Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehbänke oder ähnliche Bearbeitungszentren, mit einem fest angeordneten Tragkörper, der mit einem ersten, feststehenden Zahnkranz und einem zweiten Zahn­ kranz versehen ist, der eine an ihm befestigte, werkzeugtragende Platte aufweist und starr mit einer Indexscheibe drehbar ist, die auf einer koaxialen Antriebswelle des Revolverkopfes angeordnet ist.

Allgemein betrachtet, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen werkzeugtragenden Revolverkopf für automatische Werkzeugmaschinen, die mit Einrichtungen zum Anhalten der Drehung einer werkzeugtragen­ den Platte versehen sind, wobei eine automatische Zentrierung der Win­ kelausrichtung einer Einrichtung zum Verriegeln des Revolverkopfes selbst vorgesehen ist.

Es ist bekannt, auf welche Art und Weise die verschiedenen mechani­ schen Operationen zur Bearbeitung einer großen Anzahl von Werk­ stücken die aufeinanderfolgende Anwendung von verschiedenen Werk­ zeugen in einer programmierten und automatisch gesteuerten Sequenz für jeweils das gleiche Werkstück mit einschließen.

Zu diesem Zweck wird das Werkstück üblicherweise auf einer Dreh­ bank bzw. einem ähnliche Bearbeitungszentrum angeordnet, welche bzw. welches mit einer Hilfsvorrichtung ausgerüstet ist, welche einen Revol­ verkopf aufweist, der verschiedene Werkzeuge trägt, die radial und/oder frontal an einer sich drehenden Platte angeordnet sind, wobei eine ge­ steuerte Drehung dieser sich drehenden Platte die Werkzeuge, welche in einem jeden Falle vorgewählt sind, in die Bearbeitungsposition bringen, um die erforderliche Bearbeitung des Werkstücks auszuführen.

Eine grundlegende Anforderung, welche während derartiger Bearbei­ tungsvorgänge gestellt wird, besteht in der Herabsetzung der Totzeit bzw. der Leerlaufzeit, die sich insbesondere aufgrund derjenigen Zeit ergibt, welche für ein Wechseln des Werkzeugs und zum Wiederauf­ nehmen der Bearbeitung des Werkstücks erforderlich ist.

Diese Totzeit bzw. Leerlaufzeit, welche aus Gründen der Bequemlich­ keit als "Taktzeit" definiert wird, ist im wesentlichen diejenige Zeit, welche notwendig ist, um es dem Revolverkopf zu ermöglichen, sämt­ liche Bewegungen auszuführen, welche dazu vorgesehen sind, um ein neues Werkzeug in die entsprechende Bearbeitungsposition zu bringen.

Zu diesem Zweck benötigt in der Tat der Revolverkopf eine erste "Öff­ nungsphase", um sich selbst von der festen Bearbeitungsposition frei­ zugeben, eine "Drehphase" für eine Drehung in einer von beiden Rich­ tungen entlang des kürzesten Weges, bis das neue Werkzeug in der Bearbeitungsposition angeordnet ist, sowie eine "Anhalte- und Schließ­ phase" zum Anhalten und Zurückkehren in die verriegelte Position.

Diese Vorgänge werden bei den bekannten Revolverköpfen unter Ver­ wendung mechanischer Einrichtungen ausgeführt, welche die Drehung eines Betätigungsmotors auf die sich drehende, werkzeugtragende Platte übertragen und zu derselben Zeit eine Betätigung der Verriegelungs- und Freigabeeinrichtungen ausführen, welche neben anderen Komponenten aufweisen: eine mit radialen Sitzen versehene Indexscheibe, wobei diese radialen Sitze die unterschiedlichen Positionen definieren, welche durch die werkzeugtragende Platte eingenommen werden können, sowie zwei Zahnkränze, von denen der eine an der Konstruktion befestigt ist und der andere sich mit der werkzeugtragenden Platte dreht, jedoch axial fixiert ist, wobei diese beiden Zahnkränze während den Werkstückbear­ beitungsphasen bzw. der Werkzeugwechsel-Drehphasen mit Hilfe eines dritten Zahnkranzes miteinander verriegelt bzw. voneinander freigegeben werden, wobei dieser dritte Zahnkranz den beiden anderen gegenüberlie­ gend angeordnet ist. Dieser dritte Zahnkranz bringt bei Bewegung in einer axialen Richtung seine eigene Verzahnung mit der Verzahnung der zwei anderen Zahnkränze in Eingriff bzw. von der Verzahnung der beiden anderen Zahnkränze außer Eingriff, wodurch deren relative Ver­ riegelung bzw. Freigabe verursacht wird.

Es ist ferner bekannt, daß während der Schließphase des Revolverkopfes die Zähne der zwei zu verriegelnden Zahnkränze nicht vollkommen ausgerichtet sind, weil die Einrichtungen von der herkömmlichen Art, die innerhalb des Revolverkopfes zum Anhalten des sich drehenden Zahnkranzes vorgesehen sind, einen gewissen Betrag eines Spiels auf­ weisen, welches für deren genauen Betrieb erforderlich ist, um die Drehung der werkzeugtragenden Platte anzuhalten.

Infolgedessen verursacht eine vorderseitige Kupplung zwischen der Verzahnung des Verriegelungszahnkranzes und der Verzahnung der gegenüberliegenden Zahnkränze ein rotationsmäßiges Antreiben des sich drehenden Zahnkranzes, welches beendet wird, wenn der Verriegelungs­ zahnkranz vollständig mit dem feststehenden Zahnkranz in Eingriff gelangt ist; in entsprechender Weise verursacht ein Ineingriffgelangen des sich drehenden Zahnkranzes mit den Zähnen des Anhaltezahnkranzes einen Schlag oder Stoß, welcher auf die Konstruktion übertragen wird, Geräusch verursacht und zu der Möglichkeit einer Beschädigung des Revolverkopfes führt.

Mit Rücksicht auf die wie oben geschilderten Schwierigkeiten im Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten werkzeugtragenden Revolverkopf zu schaffen, der mit Einrichtungen zum Anhalten der Drehung der werk­ zeugtragenden Platte versehen ist, wobei diese Einrichtungen in der Weise konzipiert sind, um so weit als möglich die Schläge oder Stöße sowie die Geräusche des Revolverkopfes während des Schließens zu vermindern, nachdem sich sowohl die Schläge bzw. Stöße als auch die Geräusche hauptsächlich aufgrund der Annäherung der Winkelausrich­ tung der Zähne des feststehenden Zahnkranzes an die Zähne des sich drehenden Zahnkranzes einstellen, welcher mit der werkzeugtragenden Platte während des Schließens des Revolverkopfes starr bewegbar ist.

Im Zusammenhang mit dieser Aufgabe und aufgrund der Zunahmen in der Geschwindigkeit der Drehung, die erforderlich ist, um die Werk­ zeugwechselzeit zu reduzieren, ist es wünschenswert, ein Anhalten der Revolverkopf-Verriegelungselemente mit Hilfe eines positiven Antriebs­ systems zu verursachen, welches außerordentlich präzise und zuverlässig arbeitet. Diese Ergebnisse werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Schaffung eines werkzeugtragenden Revolverkopfes für Werk­ zeugmaschinen, insbesondere Drehbänke oder ähnliche Bearbeitungszen­ tren erzielt, wobei dieser werkzeugtragende Revolverkopf einen fest angeordneten Tragkörper aufweist, der mit einem ersten, feststehenden Zahnkranz und mit einem zweiten Zahnkranz versehen ist, der eine an ihm befestigte, werkzeugtragende Platte aufweist und starr mit einer Indexscheibe drehbar ist, die auf einer koaxialen Antriebswelle des Revolverkopfes angeordnet ist, wobei dieser werkzeugtragende Revol­ verkopf ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine Einrichtung aufweist, welche durch wenigstens eine zugeordnete Betätigungsvorrich­ tung betätigbar ist und in der Weise ausgebildet ist, daß durch sie ein Anhalten der Drehung der Indexscheibe und ein relatives Zentrieren der Verzahnung des ersten, feststehenden Zahnkranzes und der Verzahnung des zweiten, drehbaren Zahnkranzes an dem Ende einer Werkzeug­ wechselphase verursachbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses erfindungsgemäßen Revol­ verkopfes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genom­ men wird, in welchen zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Schnittansicht entlang einer vertikalen Längs­ ebene eines Revolverkopfes;

Fig. 2a bzw. 2b eine Teil-Schnittansicht des während der Bearbeitungs­ phase geschlossenen Revolverkopfes bzw. des während der Werkzeug­ wechselphase offenen Revolverkopfes nach Fig. 1;

Fig. 3a bzw. 3b bzw. 3c eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Ebene III-III nach Fig. 1 zur Veranschaulichung einer Vorrichtung zum Anhalten des Revolverkopfes unter der Bedingung Revolverkopf ge­ schlossen/Revolverkopf offen bzw. der Vorrichtung zum Anhalten des Revolverkopfes unter der Bedingung Start-Anhalten/End-Anhalten bzw. der Vorrichtung zum Anhalten des Revolverkopfes unter der Bedingung des Zentrierens;

Fig. 4a bzw. 4b bzw. 4c eine schematische Darstellung einer Ausrich­ tung von drei Zahnkränzen des Revolverkopfes nach Fig. 1 während der in Fig. 3a gezeigten Phase bzw. der in Fig. 3b gezeigten Phase bzw. der in Fig. 3c gezeigten Phase (somit insgesamt drei Phasen).

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, weist ein Revolverkopf in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen äußeren Trag­ körper 1 mit einem ersten, feststehenden Zahnkranz 2 auf, welcher mit einer vorderen Verzahnung 2a versehen ist.

Innerhalb des Tragkörpers 1 ist ein zusätzlicher, drehbarer, zweiter Zahnkranz 3 vorgesehen, mit welchem eine werkzeugtragende Platte 4 des Revolverkopfes mit Hilfe von Schrauben 4a verbunden werden kann; der drehbare, zweite Zahnkranz 3 ist mit einer vorderen Verzahnung 3a versehen, welche mit der Verzahnung 2a des ersten, feststehenden Zahn­ kranzes 2 konzentrisch ist und der Verzahnung 2a des ersten, feststehen­ den Zahnkranzes 2 benachbart ist.

Der zweite Zahnkranz 3 weist in einer bekannten Art und Weise eine mit ihm verbundene Indexscheibe 9 auf, die mit dem Ende einer Welle 6 starr ist, die innerhalb des Tragkörpers 1 rotierbar ist.

Die Welle 6 weist um sie herum einen axial bewegbaren Verriegelungs­ ring 7 auf, der mit einer vorderen Verzahnung 8 versehen ist, welche der Verzahnung 2a bzw. 3a gegenüberliegt und so ausgebildet ist, um mit der Verzahnung 2a bzw. 3a in Eingriff zu gelangen, mit dem Ergeb­ nis eines Koppelns des rotierbaren, zweiten Zahnkranzes 3 mit dem feststehenden, ersten Zahnkranz 2; zwischen der Indexscheibe 9 und dem Verriegelungsring 7 ist eine federnd nachgiebige Vorrichtung an­ geordnet, welche in der Weise wirkt, um den Verriegelungsring 7 axial auf einem Abstand von der Indexscheibe 9 zu halten und infolgedessen die Verzahnung 8 außer Eingriff von der Verzahnung 2a bzw. der Ver­ zahnung 3a zu halten.

Der Verriegelungsring 7 ist ferner an seinem Umfangsprofil mit einer Ausnehmung 7c versehen, welche mit einem hervortretenden Element oder Stift 7b in der Weise zusammenarbeitet, daß eine Drehung des Ver­ riegelungsrings 7 selbst verhindert wird, daß aber zu der gleichen Zeit dessen axiale Translationsbewegung erlaubt wird.

Innerhalb des äußeren Tragkörpers 1 ist ein an sich bekannter Antriebs­ motor befestigt, welcher daher nicht veranschaulicht ist; das gesamte Betätigungssystem des Revolverkopfes ist ebenfalls an sich bekannt und wird infolgedessen nicht näher beschrieben.

Die mit der Welle 6 starre Indexscheibe 9 weist an ihrer äußeren Um­ fangsfläche eine Mehrzahl von radialen Kerben 9a auf, deren Anzahl und Winkelposition der Anzahl der Anhaltepositionen des Revolver­ kopfes entspricht, das heißt der Anzahl der Werkzeuge, welche durch die werkzeugtragende Platte 4 getragen werden, welche mit dem rotier­ baren Zahnkranz 3 starr ausgebildet ist; im einzelnen sind diese Kerben 9a winkelmäßig in Phase mit der Verzahnung 3a des rotierbaren Zahn­ kranzes 3. Die erwähnten Ausnehmungen sind ebenfalls winkelmäßig in Phase mit der Verzahnung 3a des rotierbaren Zahnkranzes 3.

Der Tragkörper 1 des Revolverkopfes beherbergt ferner in seinem Inneren einen radialen Stift 10, welcher dazu bestimmt ist, in die vor­ erwähnten Kerben 9a der Indexscheibe 9 durch die durch einen Betätiger 11 ausgeübte Wirkung entgegen der drückenden Wirkung einer Feder 12 eingesetzt zu werden, wobei in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Betätiger 11 von dem elektromagnetischen Typ ist.

Der radiale Stift 10 weist in Längsrichtung eine Symmetrieachse auf, welche winkelmäßig in Phase mit der Verzahnung 2a des feststehenden Zahnkranzes 2 ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3a wird im einzelnen erläutert, daß der radiale Stift 10 innerhalb einer Tragstange 13 radial verschiebbar ist, welche parallel zu der Längsachse des Revolverkopfes bewegbar ist und deren einander entgegengesetzten Enden 13a sich in Anschlag mit fe­ dernd nachgiebigen Puffern 14 befinden, um Stöße oder Schläge zu absorbieren und um dahingehend zu wirken, daß der Stift 10 stets zurück in eine zentrale Position gebracht wird, welche mit der radialen Symmetrieachse der Ausnehmung 9a radial ausgerichtet ist.

Das freie Ende des radialen Stiftes 10 weist ein Profil auf, welches in der radialen Richtung und von der Achse des Revolverkopfes aus nach auswärts variabel ist und durch eine kegelstumpfförmige Oberfläche 10b gebildet ist, auf welche eine zylindrische Oberfläche 10c folgt.

In entsprechender Weise besitzen die Ausnehmungen 9a der Indexschei­ be 9 ihrerseits eine äußerste zylindrische Oberfläche 9c sowie eine innerste, kegelstumpfförmige Oberfläche 9b.

Der Betrieb des Revolverkopfes und der zugeordneten Einrichtung zum Anhalten der Werkzeugwechsel-Drehung ist wie folgt:

• - Unter der Bearbeitungsbedingung (Fig. 1a, 2a, 3a und 4a) ist der Revolverkopf verriegelt, das heißt, der Ring 7 ist axial gegen den feststehenden Zahnkranz 2 und den drehbaren Zahnkranz 3 gedrückt, so daß die entsprechenden Sätze der Verzahnungen miteinander kämmen (Fig. 4a); dementsprechend ist der Stift 10 durch die drückende Wir­ kung der Feder 12 außerhalb des Sitzes 9a der Indexscheibe 9 gehalten;
• - wenn die Bearbeitung vollständig ausgeführt worden ist, startet die Werkzeugwechselphase (Fig. 2b), während welcher der Ring 7 axial außer Eingriff von dem feststehenden Zahnkranz 2 und dem rotierbaren Zahnkranz 3 ist; der letztere wird zum Drehen gebracht, bis die An­ näherung an die programmierte Winkelposition der werkzeugtragenden Platte 4 über zugeordnete Mittel signalisiert wird.

An diesem Punkt (Fig. 3b) wird der Elektromagnet 11 aktiviert und er drückt den Stift 10 radial in den Sitz 9a, wenn sich der letztere selbst zu dem Stift selbst gegenüberliegend positioniert.

Während dieser ersten Anhaltephase kommen die entsprechenden zylin­ drischen Oberflächen 10c und 9c in Berührung und gewährleisten ein präzises und zuverlässiges Anhalten der Indexscheibe 9 und infolge­ dessen des rotierbaren Zahnkranzes 3; jedoch gewährleistet diese Be­ rührung zwischen den zylindrischen Oberflächen (Fig. 4b) nicht, daß eine genaue Ausrichtung der Verzahnung 3a des rotierbaren Zahnkranzes 3 mit der Verzahnung 2a des feststehenden Zahnkranzes 2 vorliegt, und infolgedessen wird der Stift 10 weiter durch den Betätiger 11 in den Sitz 9a der Scheibe 9 (Fig. 3c) gedrückt, so daß die entsprechenden kegel­ stumpfförmigen Oberflächen 10b, 9b in Berührung miteinander gelangen und eine Drehung des Zahnkranzes 3 in Bezug auf den Zahnkranz 2 sowie eine nachfolgende Ausrichtung der entsprechenden Zähne 2a, 3a (Fig. 4c) verursachen.

Wenn einmal die Ausrichtung der Verzahnung erreicht worden ist, ist es möglich, eine axiale Translationsbewegung des Rings 7 auszuführen, welcher, ohne daß er auf irgendwelche Hindernisse entlang seines Weges auftrifft, eine Verriegelung des Revolverkopfes (Fig. 2a, 4a) ohne Schläge bzw. Stöße und/oder Geräusche verursacht.

Claims (7)

1. Werkzeugtragender Revolverkopf für Werkzeugmaschinen, insbeson­ dere Drehbänke oder ähnliche Bearbeitungszentren, mit einem fest an­ geordneten Tragkörper (1), der mit einem ersten, feststehenden Zahn­ kranz (2, 2a) und einem zweiten Zahnkranz (3, 3a) versehen ist, der eine an ihm befestigte, werkzeugtragende Platte (4) aufweist und starr mit einer Indexscheibe (9) drehbar ist, die auf einer koaxialen Antriebs­ welle (6) des Revolverkopfes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Revolverkopf eine Einrichtung (10, 12) aufweist, welche durch wenigstens eine zugeordnete Betätigungsvorrichtung (11) betätigbar ist und in der Weise ausgebildet ist, daß durch sie ein Anhalten der Dreh­ ung der Indexscheibe (9) und ein relatives Zentrieren der Verzahnung (2a bzw. 3a) des ersten, feststehenden Zahnkranzes (2) bzw. des zweiten, drehbaren Zahnkranzes (3) an dem Ende einer Werkzeugwech­ selphase verursachbar ist.

2. Revolverkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anhalten und Ausrichten der Verzahnung (3a) des zweiten, drehbaren Zahnkranzes (3) im wesentlichen durch einen Stift (10) gebildet ist, welcher innerhalb einer zugeordneten, radialen Ausnehmung radial in beiden Richtungen verschiebbar ist.

3. Revolverkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (10) ein freies Ende mit einem variablen Profil (10b, 10c) aufweist, welches in der Weise ausgebildet ist, um mit zugeordneten Sitzen (9a) der Indexscheibe (9) zusammenzuarbeiten, wobei diese Sitze (9a) ihrer­ seits mit einer entsprechenden Gestaltung mit einem variablen Profil (9b, 9c) versehen sind.

4. Revolverkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Stiftes (10) in der radialen Richtung und von der Längs­ achse des Revolverkopfes nach auswärts ein kegelstumpfförmiges Profil (10b) aufweist, auf welches ein zylindrisches Profil (10c) folgt.

5. Revolverkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (9a) der Indexscheibe (9) in der radialen Richtung und von der Längsachse des Revolverkopfes nach auswärts ein kegelstumpfförmiges Profil (9b) aufweist, auf welches ein zylindrisches Profil (9c) folgt.

6. Revolverkopf nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sitze (9a) der Indexscheibe (9) winkelmäßig in Phase mit der Verzahnung (3a) des zweiten, drehbaren Zahnkranzes (3) sind.

7. Revolverkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stift (10) winkelmäßig in Phase mit der Verzahnung (2a) des ersten, feststehenden Zahnkranzes (2) ist.