DE19938442A1 - Automatische Werkzeugwechselvorrichtung für Werkzeugmaschinen - Google Patents

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung (ATC) für Werkzeugmaschinen bereitgestellt. Die ATC-Vorrichtung besteht aus einer Dorndrehbewegungsführungseinrichtung (2), einer Dornpositionsänderungseinrichtung (3), einer Dorndreheinrichtung (4), einer Werkzeugwechseleinrichtung (5) und einer ATC-Schutzeinrichtung (6). Die ATC-Vorrichtung ist an einer Seite eines beweglichen Tischs angeordnet und wechselt Werkzeuge effektiv innerhalb des Innendurchmesserkreises eines Drehgehäuses (41), wodurch während einer Werkzeugwechseloperation der Dornbewegungsweg verkürzt und die Werkzeugwechselzeit reduziert wird. Die ATC-Vorrichtung ist außerdem vor dem Spindelschaft einer Werkzeugmaschine geschützt, so daß sie durch Späne vom Bearbeitungsteil bzw. vom Spindelschaft nicht beschädigt wird. Die ATC-Vorrichtung ist nicht, wie eine herkömmliche ATC-Vorrichtung, an einer Seite der Säule, sondern an einer Seite des beweglichen Tischs angeordnet, wodurch das Volumen der ATC-Schutzabdeckung wesentlich reduziert wird und die Herstellungskosten solcher Bearbeitungszentren vermindert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine auto­ matische Werkzeugwechselvorrichtung für NC-Werkzeugmaschinen und insbesondere eine automatische Werkzeugwechselvorrich­ tung für Bearbeitungszentren, wobei die Vorrichtung an einer Seite eines beweglichen Tischs bzw. Schlittens eines Bear­ beitungszentrums angeordnet ist und Werkzeuge innerhalb des Innendurchmesserkreises eines Drehgehäuses effektiv ausge­ wechselt werden, wodurch ein Dornbewegungsweg verkürzt und die Werkzeugwechselzeit während einer Werkzeugwechselopera­ tion reduziert wird, wobei die Vorrichtung außerdem vor dem Bearbeitungsteil oder dem Spindelschaft eines solchen Bear­ beitungszentrums wirksam geschützt ist und damit im wesent­ lichen nicht durch Späne vom Bearbeitungsteil beschädigt wird.

Fachleuten ist bekannt, daß Bearbeitungszentren nume­ risch gesteuerte Werkzeugmaschinen (NC-Werkzeugmaschinen) zum Formen, Schneiden oder Spanabheben, Fräsen, Drehen, Boh­ ren, Schleifen oder Polieren fester oder massiver Materialien, insbesondere von Metallen, sind, wobei die Bearbeitung numerisch rechnergesteuert in mehreren Achsen erfolgt und verschiedene Werkzeuge benutzt und verschiedene Operationen ausgeführt werden. Fig. 7 zeigt die Struktur eines typischen Bearbeitungszentrums.

Wie in der Zeichnung dargestellt, weist ein typisches oder herkömmliches Bearbeitungszentrum ein Bett 11 auf, wo­ bei auf dem Bett 11 ein Tisch 111 angeordnet ist, der ent­ lang einer X-Achse des Betts 11 horizontal beweglich ist. Ein Ständer bzw. eine Säule 12 ist hinter dem Bett 11 ange­ ordnet und entlang einer Y-Achse des Betts 11 vertikal be­ weglich. Ein Spindelschaft 13 ist vor dem Bett 11 angeordnet und entlang einer Z-Achse des Betts 11 horizontal beweglich, wobei am Spindelschaft 13 ein werkzeugtragender Dorn 100 be­ festigt ist. Eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung (ATC) 9 ist an einer Seite der Säule 12 angeordnet und wird zum automatischen Wechseln vor. Werkzeugen für den Spindel­ schaft 13 verwendet.

Fig. 8a und 8b zeigen die detaillierte Struktur einer solchen ATC-Vorrichtung.

Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, weist eine her­ kömmliche ATC-Vorrichtung 9 einen drehbaren Werkzeugträger 91 auf. Dar an einer Seite der Säule 12 angeordnete drehbare Werkzeugträger 91 ist so konstruiert, daß er um seine Mit­ telwelle 911 drehbar ist. Eine Dornpositionsänderungsein­ richtung 92 ist unter dem drehbaren Werkzeugträger 91 ange­ ordnet und wird zum Ändern der Position eines werkzeugtra­ genden Dorns 100 von seiner horizontalen Position zu seiner vertikalen Position verwendet. Ein Werkzeugwechsler 93 ist an einer Seite der Dornpositionsänderungseinrichtung 92 an­ geordnet und wird dazu verwendet, den Dorn 100 zum Spindel­ schaft 13 zu bewegen, bevor ein vorhandenes Werkzeug des Spindelschafts 13 durch ein neues Werkzeug oder das Werkzeug des vorstehend erwähnten Dorns 100 ersetzt wird.

Wenn ein vorhandenes Werkzeug des Spindelschafts 13 un­ ter Verwendung der ATC-Vorrichtung 9 durch ein neues Werk­ zeug ersetzt werden soll, wird dar Werkzeugträger 91 um sei­ ne Mittelwelle 911 gedreht, um der ATC-Vorrichtung zu ermög­ lichen, einen gewünschten Dorn 100 aus mehreren auf dem Trä­ ger 91 angeordneten Dornen 100 auszuwählen. Die Dorne 100 tragen jeweils ein Werkzeug, so daß die Anzahl von Dornen 100 durch die Anzahl von Werkzeugen für das Bearbeitungszen­ trum bestimmt ist. Der ausgewählte Dorn 100 wird anschlie­ ßend in der Mitte unter dem Werkzeugträger 91 horizontal an­ geordnet, bevor er durch die Dornpositionsänderungseinrich­ tung 92 vertikal positioniert wird. Die ATC-Vorrichtung 9 bewegt den vertikal positionierten Dorn 100 durch den Werk­ zeugwechsler 93 zum Spindelschaft 13, bevor das vorhandene Werkzeug durch das Werkzeug des ausgewählten Dorns 100 er­ setzt wird.

Bei einer solchen ATC-Vorrichtung 9 besteht jedoch das Problem, daß sie eine automatische Werkzeugwechseloperation am Außendurchmesserkreis des drehbaren Werkzeugträgers 91 ausführt, so daß die Dorne 100 während einer solchen Werk­ zeugwechseloperation über einen langen Weg bewegt werden müssen.

Ein in einer herkömmlichen ATC-Vorrichtung 9 auftreten­ des weiteres Problem besteht darin, daß sie an der Seite der Säule 12 über dem Bearbeitungsteil des Bearbeitungszentrums angeordnet ist. Die ATC-Vorrichtung 9 kann daher durch Späne vom Bearbeitungsteil leicht beschädigt werden oder brechen.

Herkömmlich ist die ATC-Vorrichtung 9, die auf der Säu­ le 12 so angeordnet ist, daß sie nach außen hervorsteht, durch eine ATC-Abdeckung abgedeckt und geschützt. Um die ATC-Vorrichtung 9 wirksam zu schützen, muß die ATC-Abdeckung so konstruiert sein, daß sie ein großes Volumen aufweist, wodurch die Herstellungskosten solcher Bearbeitungszentren zunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbes­ serte automatische Werkzeugwechselvorrichtung bereitzustel­ len.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand gemäß der Ansprü­ che gelöst.

Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der bei herkömmlichen Vorrichtungen auftretenden, vorstehend erwähn­ ten Probleme entwickelt, und es ist ein Vorteil der vorlie­ genden Erfindung, eine ATC-Vorrichtung für Bearbeitungszen­ tren bereitzustellen, die an einer Seite des beweglichen Tischs eines Bearbeitungszentrums angeordnet ist und Werk­ zeuge innerhalb des Innendurchmessers eines Drehgehäuses wechselt, wodurch während einer Werkzeugwechseloperation der Dornbewegungsweg verkürzt und die Werkzeugwechselzeit redu­ ziert wird.

Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine ATC-Vorrichtung für Bearbeitungszentren bereitzustel­ len, die außerdem vor dem Bearbeitungsteil oder dem Spindel­ schaft eines Bearbeitungszentrums wirksam geschützt ist, so daß sie durch Späne vom Bearbeitungsteil im wesentlichen nicht beschädigt wird.

Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine ATC-Vorrichtung für Bearbeitungszentren bereitzustel­ len, die nicht, wie eine herkömmliche ATC-Vorrichtung, an einer Seite der Säule, sondern an einer Seite des bewegli­ chen Tischs angeordnet ist, wodurch das Volumen der ATC- Schutzabdeckung reduziert wird und die Herstellungskosten solcher Bearbeitungszentren reduziert werden.

Um, die vorstehende Aufgabe zu lösen, wird durch die vorliegende Erfindung eine automatische Werkzeugwechselvor­ richtung für Werkzeugmaschinen bereitgestellt, wobei die Werkzeugmaschinen jeweils aufweisen: ein Bett, das einen Tisch beweglich hält, so daß der Tisch sich entlang einer X- Achse des Betts bewegen kann, eine an einer Seite des Betts angeordnete bewegliche Säule, die entlang einer Y-Achse des Betts beweglich ist, und einen Spindelschaft, der vor der Säule angeordnet und entlang einer Z-Achse des Betts beweg­ lich ist, wobei ein werkzeugtragender Dorn am Spindelschaft gehalten wird, mit: einer auf dem Bett an einer Position um den Tisch angeordneten Dorndrehbewegungsführungseinrichtung zum Führen einer Drehbewegung mehrerer werkzeugtragender Dorne; einer Dornpositionsänderungseinrichtung, die über der Dorndrehbewegungsführungseinrichtung angeordnet ist und dazu geeignet ist, eine Position eines ausgewählten Dorns von seiner horizontalen Position zu seiner vertikalen Position zu ändern; einer innerhalb der Dorndrehbewegungsführungsein­ richtung angeordneten Dorndreheinrichtung zum Drehen der Dorne; und einer zwischen der Dorndreheinrichtung und dem Spindelschaft angeordneten Werkzeugwechseleinrichtung zum Ersetzen eines vorhandenen Dorns des Spindelschafts durch den ausgewählten Dorn.

Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vor­ teile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden beispielhaften detaillierten Beschreibung bevorzugter Aus­ führungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht; es zeigen

Fig. 1a und 1b Ansichten zum Darstellen der Position einer erfindungsgemäßen ATC-Vorrichtung in einem Bearbei­ tungszentrum; wobei

Fig. 1a eine Vorderansicht des Bearbeitungszentrums; und

Fig. 1b eine Seitenansicht des Bearbeitungszentrums darstellt;

Fig. 2a und 2b Ansichten zum Darstellen der Struktur der erfindungsgemäßen ATC-Vorrichtung; wobei:

Fig. 2a eine Seitenansicht der ATC-Vorrichtung; und

Fig. 2b eine Schnittansicht der ATC-Vorrichtung entlang der Linie A-A in Fig. 2a darstellt;

Fig. 3 eine Schnitt-Vorderansicht einer in der erfin­ dungsgemäßen ATC-Vorrichtung vorgesehenen Dorndrehbewegungs­ führungseinrichtung;

Fig. 4 eine Schnitt-Vorderansicht einer in der erfin­ dungsgemäßen ATC-Vorrichtung vorgesehenen Dornpositionsände­ rungseinrichtung;

Fig. 5 eine Schnitt-Vorderansicht einer in der erfin­ dungsgemäßen ATC-Vorrichtung vorgesehenen Dorndreheinrich­ tung;

Fig. 6a und 6b Ansichten einer in der erfindungsgemäßen ATC-Vorrichtung vorgesehenen Werkzeugwechseleinrichtung; wo­ bei:

Fig. 6a eine Vorderansicht der Werkzeugwechseleinrich­ tung; und

Fig. 6b eine Schnittansicht der Werkzeugwechseleinrich­ tung entlang der Linie B-B in Fig. 6a darstellt;

Fig. 7 eine Querschnittansicht zum Darstellen der Posi­ tion einer herkömmlichen ATC-Vorrichtung in einem Bearbei­ tungszentrum; und

Fig. 8a und 8b Ansichten zum Darstellen der Struktur einer solchen herkömmlichen ATC-Vorrichtung; wobei

Fig. 8a eine Seitenansicht der herkömmlichen ATC- Vorrichtung; und

Fig. 8b eine Schnittansicht der herkömmlichen ATC- Vorrichtung entlang der Linie C-C in Fig. 8a zeigt.

Fig. 1a und 1b zeigen die Position einer erfindungsge­ mäßen ATC-Vorrichtung in einem Bearbeitungszentrum.

Wie in den Zeichnungen dargestellt, weist das Bearbei­ tungszentrum 1 ein Bett 11 auf, wobei auf dem Bett 11 ein Tisch 111 angeordnet ist, der entlang einer X-Achse des Betts 11 horizontal beweglich ist. Eine Säule 12 ist hinter dem Bett 11 angeordnet und entlang einer Y-Achse des Betts 11 vertikal beweglich. Ein Spindelschaft 13 ist vor dem Bett 11 angeordnet und entlang einer Z-Achse des Betts 11 hori­ zontal beweglich, wobei ein werkzeugtragender Dorn 100 am Spindelschaft 13 befestigt ist. Die vorstehend beschriebene Struktur des Bearbeitungszentrums ist die gleiche wie bei einem herkömmlichen Bearbeitungszentrum.

Die erfindungsgemäße ATC-Vorrichtung unterscheidet sich jedoch hinsichtlich ihrer Position und der Struktur von der herkömmlichen ATC-Vorrichtung in folgenden Punkten. D. h., die erfindungsgemäße ATC-Vorrichtung weist mehrere Einrich­ tungen auf: eine Dorndrehbewegungsführungseinrichtung 2, ei­ ne Dornpositionsänderungseinrichtung 3, eine Dorndrehein­ richtung 4, eine Werkzeugwechseleinrichtung 5 und eine ATC- Schutzeinrichtung 6, wie in den Fig. 2a und 2b darge­ stellt.

Die Dorndrehbewegungsführungseinrichtung 2 der ATC- Vorrichtung ist an einer Position um den Tisch 111 des Bear­ beitungszentrums am Bett 11 befestigt und wird zum Führen der Drehbewegung der Dorne 100 verwendet. Die Dornpositions­ änderungseinrichtung 3 ist über der Dorndrehbewegungsfüh­ rungseinrichtung 2 angeordnet und wird zum selektiven Ändern der Position eines Dorns 100 von einer horizontalen Position zu einer vertikalen Position verwendet. Die Dorndreheinrich­ tung 4 ist innerhalb der Dorndrehbewegungsführungseinrich­ tung 2 angeordnet und wird zum Drehen der Dorne 100 verwen­ det. Die Werkzeugwechseleinrichtung 5 ist zwischen der Dorn­ dreheinrichtung 4 und dem Spindelschaft 13 angeordnet und wird zum Wechseln der werkzeugtragenden Dorne 100 des Spin­ delschafts 13 verwendet. In diesem Fall sind die Dorne 100 entlang des Innendurchmesserkreises eines Drehgehäuses 41 der Dorndreheinrichtung 4 regelmäßig angeordnet, so daß die Werkzeugwechseloperation innerhalb des Innendurchmesserkrei­ ses des Drehgehäuses 41 ausgeführt wird. Die ATC- Schutzeinrichtung 6 ist zwischen dem Spindelschaft 13 und der Werkzeugwechseleinrichtung 5 angeordnet, so daß die ATC- Vorrichtung vor dem Spindelschaft 13 geschützt ist.

Die Dorndrehbewegungsführungseinrichtung 2 ist in den Fig. 2a, 2b und 3 dargestellt. Wie in den Zeichnungen dargestellt, weist die an einer Position um den Tisch 111 des Bearbeitungszentrums am Bett 11 fixierte Dorndrehbewe­ gungsführungseinrichtung 2 ein zylinderförmiges Gehäuse 21 und einen Bügel 22 auf. Das zylinderförmige Gehäuse 21 weist auf ihrer Innendurchmesserwand an einem unteren Abschnitt eine ringförmige Führungsnut 211 zum Führen der Drehbewegung mehrerer Dornhalter 411b auf. Der Bügel 22 verbindet die Un­ terseite des zylinderförmigen Gehäuses 21 mit dem Bett 11.

Eine Öffnung 211a ist im Gehäuse 21 an einer der Füh­ rungsnut 211 entgegengesetzten oberer. Position ausgebildet. Wenn ein Dorn 100 von seiner horizontalen Position zu seiner vertikalen Position bewegt wird, wird durch die Öffnung 211a ermöglicht, daß die Rolle 411c eines Dornhalters 411b sich zur Vorderseite bewegen kann, bevor der Dorn vom Halter 411b entfernt wird.

Die über der Dorndrehbewegungsführungseinrichtung 2 an­ geordnete Dornpositionsänderungseinrichtung 3 weist eine An­ triebseinheit 31, eine Hubeinrichtung 32 und einen fixierten Bügel 33 auf, wie in den Fig. 2a, 2b und 4 dargestellt. Die Antriebseinheit 31 ist in der Mitte der Einrichtung 3 angeordnet, während die Hubeinrichtung 32 durch die An­ triebseinheit 31 angehoben oder abgesenkt wird. Der fixierte Bügel 33 ist an einer Seite der Antriebseinheit 31 angeord­ net und hält die Position der Werkzeugwechseleinrichtung 5.

Die Antriebseinheit 31 weist ein Stellglied 311 auf, wobei die Kolbenstange 312 des Stellglieds 311 mit der Hub­ einrichtung 32 verbunden ist, um die Hubeinrichtung 32 zu betätigen.

An der Hubeinrichtung 32 ist eine Nut 321 ausgebildet. Die Nut 321 ist mit mehreren Dornhaltereinheiten 411 verbun­ den, um die Position der Dorne 100 zwischen den horizontalen und den vertikalen Positionen zu verstellen.

Die Struktur der Dorndreheinrichtung 4 ist in den Fig. 2a, 2b und 5 dargestellt. Wie in den Zeichnungen darge­ stellt ist, weist die im zylinderförmigen Gehäuse 21 der Dorndrehbewegungsführungseinrichtung 2 angeordnete Dorndreh­ einrichtung 4 ein Drehgehäuse 41, eine Antriebseinheit 42 und mehrere Führungsrollen oder -walzen 43 auf. Das Drehge­ häuse 41 weist mehrere Dornhaltereinheiten 411 auf, die auf der Innendurchmesserwand des Gehäuses 41 regelmäßig angeord­ net sind und jeweils einen werkzeugtragenden Dorn 100 hal­ ten. Die Werkzeuge der Dorne 100 unterscheiden sich vonein­ ander und dienen zum Formen, Schneiden, Fräsen, Drehen, Auf­ bohren, Durchbohren, Schleifen oder Polieren fester oder massiver Materialien, insbesondere von Metallen, durch eine numerische Steuerung. Ein angetriebenes Zahnrad 412 ist auf dem Außenrand des Gehäuses 41 ausgebildet und steht mit der Antriebseinheit 42 in Eingriff, so daß das Drehgehäuse 41 durch die Antriebskraft der Antriebseinheit 42 selektiv ge­ dreht wird. Eine Führungsnut 413 ist auf dem Außenrand des Gehäuses 41 an einer Position um das angetriebene Zahnrad 412 ausgebildet und steht mit den Führungsrollen 43 in Ein­ griff, so daß die Drehbewegung des Gehäuses 41 geführt und jegliche Rundlaufabweichung des Gehäuses 41 verhindert wird.

Die Antriebseinheit 42 weist einen Antriebsmotor 421 auf, der an einer Seite des Zahnrades 412 des Drehgehäuses 41 an­ geordnet ist. Ein antreibendes oder Antriebszahnrad 422 steht mit der Abtriebswelle des Antriebsmotors 421 und mit dem angetriebenen Zahnrad 412 des Drehgehäuses 41 in Ein­ griff, wodurch die Drehkraft des Motors 421 über das ange­ triebene Zahnrad 412 selektiv übertragen wird, um das Gehäu­ se 41 zu drehen. Die Führungsrollen 43 sind auf dem Drehge­ häuse 41 in regelmäßigen Abständen angeordnet und stehen mit der Führungsnut 413 des Gehäuses 41 in Eingriff, um das Ge­ häuse 41 in Zusammenwirkung mit der Nut 413 zu führen, wäh­ rend jegliche Rundlaufabweichung des Gehäuses 41 verhindert wird.

Jede der im Drehgehäuse 41 angeordneten Dornhalterein­ heiten 411 weist einen fixierten Bügel 411a, einen Dornhal­ ter 411b und ein Verbindungselement 411d auf. Der Bügel 411a ist am Drehgehäuse 41 fixiert. Der Dornhalter 411b ist am vorderen Abschnitt des fixierten Bügels 411a dreh- oder schwenkbar gelagert und wird zum Halten eines Dorns 100 ver­ wendet. Eine Rolle 411c ist am oberen Abschnitt des Dornhal­ ters 411b angeordnet und steht mit der auf dem zylinderför­ migen Gehäuse 21 der Dorndrehbewegungsführungseinrichtung 2 ausgebildeten ringförmigen Führungsnut 211 drehbar in Ein­ griff. Das Verbindungselement 411d ist am oberen Abschnitt des Dornhalters 411b angeordnet und mit der Hubeinrichtung 32 der Dornpositionsänderungseinrichtung 3 verbunden, wo­ durch die Position jeder Dornhaltereinheit 411 zwischen der horizontalen und der vertikalen Position selektiv verändert wird.

Eine Rolle 411e ist am oberen Abschnitt des Verbin­ dungselements 411d angeordnet und steht mit der Nut 321 der Hubeinrichtung 32 drehbar in Eingriff.

Die Struktur der Werkzeugwechseleinrichtung 5 ist in den Fig. 2a, 2b und 6 dargestellt. Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist die Werkzeugwechseleinrichtung 5 an einer Position zwischen der Dorndreheinrichtung 4 und dem Spindel­ schaft 13 am Bügel 33 der Dornpositionsänderungseinrichtung 3 fixiert. Dis Werkzeugwechseleinrichtung 5 weist eine An­ triebseinheit 51, eine Drehhubeinrichtung 52, einen Dreharm 53 und einen Dornhalter 54 auf. Die Antriebseinheit 51 ist an einer Position innerhalb des Drehgehäuses 41 der Dorn­ dreheinrichtung 4 angeordnet. Die Drehhubeinrichtung 52 wird durch die Drehkraft der Antriebseinheit 51 selektiv an­ gehoben oder abgesenkt, bevor sie durch die Antriebseinheit 51 gedreht wird. Der Dreharm 53 ist am unteren Ende der Drehhubeinrichtung 52 angeordnet und wird zum Ersetzen eines vorhandenen Dorns 100 im Spindelschaft 13 durch einen verti­ kal angeordneten neuen Dorn 100 verwendet. Der Dornhalter 54 ist an einer Seite der Drehhubeinrichtung 52 angeordnet, um einen vertikal angeordneten Dorn 100 zu halten.

Die Antriebseinheit 51 weist einen Antriebsmotor 511 und ein Stellglied 512 auf. Der Antriebsmotor 511 und das Stellglied 512 der Antriebseinheit 51 dienen zum selektiven Anheben und Absenken der Hubeinrichtung 52 durch eine Zahn­ stangen-Ritzelbewegung.

Die Drehhubeinrichtung 52 weist eine Drehsäule 521 und ein Gehäuse 522 auf. Die Drehsäule 521 weist eine vertikal angeordnete Zahnstange und ein Ritzel auf, die in den Zeich­ nungen nicht dargestellt sind und durch den Antriebsmotor 511 bzw. das Stellglied 51 angetrieben werden. Das Gehäuse 522 ist auf der Drehsäule 521 angepaßt und am Bügel 33 der Dornpositionsänderungseinrichtung 3 fixiert.

Der Dreharm 53 weist ein in Längsrichtung angeordnetes Verbindungselement 531 auf, das am unteren Ende der Drehsäule 521 in deren Mitte angeordnet ist. Zwei Arme 532 sind auf beiden Enden des Verbindungselements 531 symmetrisch ausge­ bildet, wobei auf jedem Arm 532 ein Mitnehmer- oder Ein­ griffsschlitz 532a ausgebildet ist.

Die ATC-Schutzeinrichtung 6 ist zwischen dem Spindel­ schaft 13 und der Werkzeugwechseleinrichtung 5 angeordnet, wie in Fig. 2b dargestellt. Die ATC-Schutzeinrichtung 6 schützt daher die Werkzeugwechseleinrichtung 5 vor dem Spin­ delschaft 13. Die ATC-Schutzeinrichtung 6 weist eine Schutzwand 61 und eine Abdeckeinheit 62 auf. Die Schutzwand 61 schützt die Werkzeugwechseleinrichtung 5 vor dem Spindel­ schaft 13 und weist eine Öffnung 611 in der Mitte auf. Die Abdeckeinheit 62 ist um die Öffnung 611 der Schutzwand 61 angeordnet und öffnet oder verschließt die Öffnung in Ver­ bindung mit einer Bewegung der Werkzeugwechseleinrichtung 5.

Die Abdeckeinheit 62 weist eine Abdeckung 621 und ein Stellglied 622 auf. Die Abdeckung 621 ist um die Öffnung 611 der Schutzwand 61 angeordnet, so daß die Öffnung 611 norma­ lerweise verschlossen ist. Der Zylinder des Stellglieds 622 ist an der Schutzwand 61 befestigt, und die Kolbenstange des Stellgliedes 622 ist mit der Abdeckung 621 verbunden.

Nachstehend wird die Funktions- oder Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen ATC-Vorrichtung für Bearbeitungs­ zentren beschrieben.

Die ATC-Vorrichtung wählt ein gewünschtes Werkzeug fol­ gendermaßen aus. Wie in den Fig. 2a, 2b und 5 darge­ stellt, wird, während ein vorhandenes Werkzeug des Spindel­ schafts 13 seine Operation ausführt, der Antriebsmotor 421 der Dorndreheinrichtung 4 unter der Steuerung einer (nicht dargestellten) Steuerungseinrichtung (Controller) des Bear­ beitungszentrums aktiviert. Die Drehkraft des Antriebsmotors 421 wird über seine Abtriebswelle auf das Antriebszahnrad 422 übertragen, wodurch das Antriebszahnrad 422 in Drehbewe­ gung versetzt wird. Dadurch wird das mit dem Antriebszahnrad 422 in Eingriff stehende angetriebene Zahnrad 412 des Dreh­ gehäuses 41 gedreht. Dadurch dreht sich das Drehgehäuse 41 zusammen mit den Dornhaltereinheiten 411, so daß ein ausge­ wähltes Werkzeug an der oberen Position des Drehgehäuses 41 angeordnet werden kann. In diesem Fall wird das ausgewählte Werkzeug durch die Dornhaltereinheit 411 horizontal gehal­ ten.

Das ausgewählte Werkzeug wird anschließend durch die Dornpositionsänderungseinrichtung 3 folgendermaßen von sei­ ner horizontalen Position zu seiner vertikalen Position be­ wegt.

Wie in den Fig. 2a, 2b und 4 dargestellt, fährt die Kolbenstange 312 des Stellglieds 311 der Dornpositionsände­ rungseinrichtung 3 aus, so daß die mit dem Ende der Kolben­ stange 312 verbundene Hubeinrichtung 32 abgesenkt werden kann.

Gleichzeitig bewegt sich das Verbindungselement 411d der Dornhaltereinheit 411 nach innen, während es in die Nut 321 der Hubeinrichtung 32 eingreift. Das Verbindungselement 411d wird dadurch um einen Winkel von 90° entgegengesetzt gerichtet um seinen Gelenk- oder Drehpunkt gedreht, wo das Verbindungselement 411d mit dem Bügel 411a gelenkig verbun­ den ist. Anschließend wird der ausgewählte Dorn 100, der vertikal angeordnet ist, mit dem Dornhalter 54 der Werkzeug­ wechseleinrichtung 5 in engen Kontakt gebracht, wodurch er mit der Werkzeugwechselposition des Spindelschafts 13 hori­ zontal ausgerichtet wird.

Das Werkzeug auf dem Spindelschaft 13 wird dann folgen­ dermaßen durch das ausgewählte Werkzeug ersetzt.

Wie in den Fig. 2a, 2b, 6a und 6b dargestellt ist, sind die Positionen der beiden Arme 532 das Dreharms 53 der Werkzeugwechseleinrichtung 5 anfänglich entgegengesetzt. In diesem Fall wird die Öffnung 611 der Schutzwand 61 durch die Abdeckung 621 der ATC-Schutzeinrichtung 6 verschlossen ge­ halten. Anschließend wird das Werkzeug des Spindelschafts 13 durch das ausgewählte Werkzeug ersetzt. D. h. das Stellglied 622 der Abdeckeinheit 62 wird aktiviert, um die Abdeckung 611 der Öffnung 611 zu öffnen.

Daraufhin wird das Stellglied 512 der Werkzeugwechsel­ einrichtung 5 aktiviert, um die Drehsäule 521 um einen Winkel von 90° zu drehen und den Dreharm 53 um den gleichen Winkel in die gleiche Richtung zu drehen. Dadurch wird der Dreharm 53 von einer durch eine durchgezogene Linie in Fig. 6b dar­ gestellten Position zu einer anderen, durch eine Phantomli­ nie dargestellten Position bewegt. Der Dorn 100 des Spindel­ schafts 13 und der ausgewählte Dorn 100 werden jeweils durch Schlitze 532a beider Arme 532 ergriffen.

Dann wird der Antriebsmotor 511 aktiviert, um zu ermög­ lichen, daß die Drehsäule 521 sich zu einer vorgegebenen Po­ sition absenkt, wo die beiden durch beide Arme 532 ergriffe­ nen Dorne sowohl vom Spindelschaft 13 als auch von der Dorn­ haltereinheit 411 entfernt werden.

Der Dreharm 53 wird durch das Stellglied 512 um einen Winkel von 90° gedreht, bevor der Antriebsmotor 511 akti­ viert wird. Wenn der Antriebsmoor 511 aktiviert wird, wird die Drehsäule 512 angehoben, wodurch veranlaßt wird, daß der ausgewählte Dorn 100 auf dem Spindelschaft 13 angeordnet wird, wobei der entfernte Dorn 100 durch die Dornhalterein­ heit 411 gehalten wird.

Die Dornhaltereinheit 411 wird mit dem entfernten Dorn 100 durch eine umgekehrte Operation dar Dornpositionsände­ rungseinrichtung 3 zu ihrer horizontalen Position zurückbe­ wegt. Anschließend verschließt die Abdeckung 621 die Öffnung 611 der Schutzwand 61, wodurch ein Zyklus der ATC-Operation ausgeführt wird. Während einer Operation des Bearbeitungs­ zentrums wird der vorstehend beschriebene Vorgang wieder­ holt, um Werkzeuge zu wechseln.

Wie vorstehend beschrieben, wird durch die vorliegende Erfindung eine ATC-Vorrichtung für Bearbeitungszentren be­ reitgestellt. Die ATC-Vorrichtung ist an einer Seite des be­ weglichen Tischs eines Bearbeitungszentrums angeordnet und wechselt effektiv Werkzeuge innerhalb des Innendurchmesser­ kreises eines Drehgehäuses, wodurch während einer Werkzeug­ wechseloperation der Dornbewegungsweg verkürzt und die Werk­ zeugwechselzeit reduziert wird.

Die erfindungsgemäße ATC-Vorrichtung ist außerdem wirk­ sam vor dem Bearbeitungsteil oder dem Spindelschaft eines Bearbeitungszentrums geschützt, so daß sie durch Späne vom Bearbeitungsteil im wesentlichen nicht beschädigt wird.

Die vorstehend beschriebene ATC-Vorrichtung ist nicht, wie eine herkömmliche ATC-Vorrichtung, an einer Seite der Säule, sondern an einer Seite des beweglichen Tischs ange­ ordnet, so daß das Volumen der Schutzabdeckung der ATC- Vorrichtung verringert wird und die Herstellungskosten sol­ cher Bearbeitungszentren reduziert werden.

Obwohl zur Erläuterung bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist für Fachleute ersichtlich, daß innerhalb des in den beigefügten Patentan­ sprüchen definierten Umfangs der vorliegenden Erfindung ver­ schiedene Modifikationen, Erweiterungen und Substitutionen vorgenommen werden.

Claims (7)

1. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung für Werkzeugma­ schinen, wobei die Werkzeugmaschinen jeweils aufweisen:
ein Bett, das einen Tisch beweglich trägt, wobei der Tisch entlang einer X-Achse des Betts beweglich ist, eine Säule, die an einer Seite des Betts angeordnet und entlang einer Y-Achse des Betts beweglich ist, und ei­ nen Spindelschaft, der vor der Säule angeordnet und entlang einer Z-Achse des Betts beweglich ist, wobei ein am Spindelschaft werkzeugtragender Dorn gehalten wird, mit:
einer auf dem Bett an einer Position um den Tisch angeordneten Dorndrehbewegungsführungseinrichtung zum Führen einer Drehbewegung mehrerer werkzeugtragender Dorne;
einer über der Dorndrehbewegungsführungsvorrich­ tung angeordneten Dornpositionsänderungseinrichtung zum selektiven Ändern einer Position eines ausgewählten Dorns von seiner horizontalen Position zu seiner verti­ kalen Position;
einer innerhalb der Dorndrehbewegungsführungsein­ richtung angeordneten Dorndreheinrichtung zum Drehen der Dorne; und
einer zwischen der Dorndreheinrichtung und dem Spindelschaft angeordneten Werkzeugwechseleinrichtung zum Ersetzen eines Dorns auf dem Spindelschaft durch den ausgewählten Dorn.

2. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dorndrehbewegungsführungseinrichtung auf­ weist:
ein zylinderförmiges Gehäuse mit:
einer auf einer Innendurchmesserwand des zylinder­ förmigen Gehäuses an einem unteren Abschnitt ausgebil­ deten ringförmigen Führungsnut, durch die die Drehbewe­ gung mehrerer Dornhalter der Dorndreheinrichtung ge­ führt wird; und
einer auf dem zylinderförmigen Gehäuse an einem oberen Abschnitt, der der ringförmigen Führungsnut ge­ genüberliegt, ausgebildeten Öffnung, wobei durch die Öffnung ermöglicht wird, daß eine Rolle eines dem ausge­ wählten Dorn zugeordneten Dornhalters sich nach vorne drehen kann, bevor der Dorn vom Dornhalter entfernt wird, wenn der ausgewählte Dorn von seiner horizontalen Position zu seiner vertikalen Position bewegt wird; und
einen ersten Bügel zum Verbinden einer Unterseite des zylinderförmigen Gehäuses mit dem Bett.

3. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dornpositionsänderungeinrichtung auf­ weist:
eine Antriebseinheit mit einem Stellglied in der Mitte der Dornpositionsänderungseinrichtung;
eine Hubeinrichtung, die durch die Antriebseinheit selektiv angehoben oder abgesenkt wird, wobei die Hub­ einrichtung eine mit mehreren Dornhaltereinheiten der Dorndreheinrichtung verbundene Nut aufweist, so daß die Position des ausgewählten Dorns zwischen seiner hori­ zontalen Position und seiner vertikalen Position selek­ tiv verstellt werden kann; und
einen an der Seite der Antriebseinheit angeordneten zweiten Bügel zum Halten einer Position der Werkzeug­ wechseleinrichtung.

4. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Dorndreheinrichtung aufweist:
ein Drehgehäuse mit:
mehreren Dornhaltereinheiten, die auf einer Innen­ durchmesserwand des Drehgehäuses regelmäßig angeordnet sind und jeweils einen werkzeugtragenden Dorn halten;
einem auf dem Drehgehäuse ausgebildeten angetrie­ benen Zahnrad; und
einer auf dem Drehgehäuse an einer Position um das angetriebene Zahnrad ausgebildeten Führungsnut;
eine Antriebseinheit mit:
einem an einer Seite des angetriebenen Zahnrads des Drehgehäuses angeordneten Antriebsmotor; und
einem Antriebszahnrad, das mit einer Abtriebswelle des Antriebsmotors und mit dem angetriebenen Zahnrad des Drehgehäuses in Eingriff steht, um das Drehgehäuse durch eine Drehkraft des Antriebsmotors selektiv zu drehen; und
mehrere Führungsrollen, die auf dem Drehgehäuse in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind und mit der rührungsnut des Drehgehäuses in Eingriff sehen, um ei­ ne Drehbewegung des Drehgehäuses in Zusammenwirkung mit der Führungsnut zu führen, während jegliche Rundlaufab­ weichung des Drehgehäuses verhindert wird.

5. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 4, wobei jede der Dornhaltereinheiten aufweist:
einen am Drehgehäuse fixierten dritten Bügel;
einen Dornhalter, der an einem vorderen Teil des dritten Bügels schwenkbar angeordnet und dazu geeignet ist, einen werkzeugtragenden Dorn zu halten, wobei der Dornhalter an einem oberen Abschnitt eine Rolle auf­ weist, die mit einer auf einem zylinderförmigen Gehäu­ se der Dorndrehbewegungsführungseinrichtung ausgebilde­ ten Nut drehbar in Eingriff steht; und
ein mit einer Rolle versehenes Verbindungselement, wobei das Verbindungselement an einem oberen Abschnitt des Dornhalters angeordnet ist und mit einer Hubein­ richtung der Dornpositionsänderungseinrichtung verbun­ den ist, um eine Position einer ausgewählten Dornhal­ tereinheit zwischen ihrer horizontalen und ihrer verti­ kalen Position zu ändern.

6. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit:
einer Schutzeinrichtung zum Schützen der Werkzeug­ wechseleinrichtung vor dem Spindelschaft, wobei die Schutzeinrichtung aufweist:
eine zwischen dem Spindelschaft und der Werkzeug­ wechseleinrichtung angeordnete Schutzwand, durch die die Werkzeugwechseleinrichtung vor dem Spindelschaft geschützt wird, wobei die Schutzwand in der Mitte eine Öffnung aufweist; und
eine um die Öffnung der Schutzwand angeordnete Ab­ deckeinheit, die dazu geeignet ist, die Öffnung in Ver­ bindung mit einer Bewegung der Werkzeugwechseleinrich­ tung selektiv zu öffnen oder zu verschließen.

7. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Abdeckeinheit aufweist:
eine um die Öffnung der Schutzwand angeordnete Ab­ deckung, die die Öffnung normalerweise verschließt; und
ein Stellglied, dessen Zylinderteil an der Schutzwand befestigt ist und dessen Kolbenstangenteil mit der Abdeckung verbunden ist, wodurch die Abdeckung selektiv geöffnet werden kann.