DE2013836A1

DE2013836A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2013836A1
Application number: DE19702013836
Authority: DE
Inventors: Stanley A. Wilmington Ohio Pfister (V.St.A.)
Original assignee: The Cincinnati Milling Machine Company, Cincinnati, Ohio (V.St.A.)
Priority date: 1969-04-10
Filing date: 1970-03-23
Publication date: 1970-10-22
Also published as: GB1302112A; FR2043055A5; US3608185A; JPS4937462B1; DE2013836C2; CA918396A; NL7005098A

Description

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH ■ GERD MÜLLER · D.GROSSE 21

DÜSSELDORF 1 0 · H O M BE R G E R STR ASSE 5 16 3 1970

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THE CINCINNATI MILLING MACHINE CO., Cincinnati, Ohio/USA Werkzeugmaschine

Diese Erfindung befaßt sich mit einer Werkzeugmaschine, sie befaßt sich insbesondere aber mit einer numerisch gesteuerten oder geregelten Werkzeugmaschine, die mit einer Werkzeugwechselvorrichtung versehen ist.

Werkzeugmaschinen, numerisch gesteuerte oder geregelte Werk- ' zeugmaschinen, zu deren Betriebsablauf ein Werkzeugwechsel gehört, werden von der Konstruktion her üblicherweise mit Vorrichtungen versehen, die die. Werkzeuge von einem Werkzeugmagazin aus zur Werkzeugmaschinenspindel transportieren oder bewegen. Weil die zur Durchführung einer derartigen Funktion erforderliche Werkzeugwechselvorrichtung in vielen Fällen nicht vorhanden ist, läßt sich in vielen Fällen die beste oder optimale Anordnung oder Zuordnung von Werkzeugmagazin und Spindel nicht erreichen. Das ist besonders dann der Fall, wenn das Werkzeugmagazin sehr nahe bei der Werkzeugspindel angeordnet ist, und das Werkzeug aus einer im rechten Winkel zur Werkzeugmaschinenspindel gelegenen Position heraus schnell iri den Bereich der Werkzeugmaschinenspindel gebracht oder gefahren v/erden muß. Eine diese Funktion ausführende Vorrichtung wird mit der Patentanmeldung von Seidel, die am 15. Dezember 19 67 unter der Nummer 691.034 aufgenommen worden ist> dargestellt und beschrieben. Um die bei einer solchen· Werkzeug-Wechselvorrichtung erforderlichen vielen ι Funktionen durchführen zu können, ist bei der vorerwähnten Vorrichtung jedoch ein sehr komplexes und kompliziertes Verteilersystem für die Hydraulikflüssigkeit erforderlich. Dadurch wird die Werkzeug-Wechselvorrichtung sehr teuer.

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Darüber hinaus aber ist dann auch noch ein spezielles Wissen oder eine spezielle Kenntnis in der Hydraulik für die Reparatur und für die Wartung erforderlich. Mechanische Vorrichtung zur Herbeiführung dieser vielen Funktionen oder Funktionsarten können jedoch hoffnungslos kompliziert und teuer sein. Diese und andere bei den herkömmlichen Vorrichtungen aufgekommenen Schwierigkeiten und Probleme verden im Rahmen dieser Erfindung in einer völlig neuartigen Weise vermieden.

Diese Erfindung zielt deshalb im wesentlichen auf die Schaffung einer Werkzeugmaschine mit einer Werkzeug-Wechselvorrichtung ab, die nur mit mechanisch arbeitenden Antriebselementen betätigt wird.

Ein anderes Ziel ist die Schaffung einer Werkzeug-Wechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, wobei die vorerwähnte Werkzeug-Wechselvorrichtung in der Konstruktion einfach und sehr robust ist.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung einer Werkzeugmaschine, deren Werkzeug-Wechselvorrichtung während des Betriebsablaufes durch einen sehr kleinen Raum schwingt.

Ein wiederum anderes Ziel ist die Schaffung einer Werkzeugmaschine mit einer Werkzeug-Wechselvorrichtung, deren verschiedene Arbeitsabläufe nur mit mechanischen Bauelementen herbeigeführt wird, die aber nur einen sehr kleinen Raum einnimmt.

Werden diese und andere Ziele berücksichtigt, dann dürfte es den Fachleuten klar sein, daß sich der Erfindungsgegenstand und mit ihm auch die Erfindung aus einer Kombination der in der nachstehend gegebenen Spezifikation beschriebenen

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Teile zusammensetzt, für die mit den Patentansprüchen um Patentschutz nachgesucht wird.

Gegenstand dieser Erfindung ist im wesentlichen eine Werkzeugmaschine. Diese Werkzeugmaschine .mit. einer Werkzeughalterung, in der eine Spindel drehbar gelagert ist, und mit einem Werkzeugmagazin mit einer Vorrichtung, die eine Reihe.von Werkzeugen aufzunehmen und dann.eines nach dem anderen in eine Werkzeug-Wechselposition zu bringen hat, in der die Achse eines jeden dorthin gelieferten Werkzeuges im wesentlichen rechtwinklig auf die Achse der Spindel ausgerichtet ist. Zwischen der'vorerwähnten Position und der Spindel ist eine Werkzeug-Wechselvorrichtung angeordnet, die zwischen der vorerwähnten Position und der Spindel ein Werkzeug zu bewegen oder zu transportieren hat. Zu der Werkzeug-Wechselvorrichtung gehört ein ^μptgehäuse, das sich, wenn in dieser Position, um eine Achse drehen.kann, die zur Srdndelachse in einem bestimmten Winkel angeordnet ist, das sich aber auch um die !-ierkzeugachse drehen kann. Zur Werkzeugwechselvorrichtung gehören weiterhin zwei Arme oder Hebel, die einander gegenüber an dem Fauptgehäuse angebracht sind. Ein jeder dieser Hebel ist dabei derart angeschlossen, daß er sich um eine Gelenkachse drehen kann und im rechten Winkel zu einer Ebene, die durch die Spindelachse geht, passieren kann- Ein jeder dieser Hebel oder ein jeder dieser Arme ist dabei in einander entgegengesetzten Richtungen von der Gelenk-ache aus geführt und besitzt an seinem Ende einen Klemmkopf oder eine Klemmvorrichtung.

Um es genauer zu sagen: die Spindelachse, die Achse der Hauptwelle und die Werkzeugachse liegen in der erwähnten Position in der gleichen Ebene. Zu jedem Arm oder zu jedem Hebel pphört ein Verlängerungsteil, der in einem bestimmten Abstand zur vorerwähnten Ebene parallel i'ie'gt*. Zu jedem Hebel

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oder* zu jedem Arm gehört weiterhin ein versetzter Teil, der den Klemmkopf oder die Klemmvorrichtung in eine der vorerwähnten Ebene nahe gelegene Position bringt. Die drei Arbeitsfunktionen, das Klemmen des Klemmkopfes oder der Klemmvorrichtung, das Schwingen um die Querachsen sowie die Drehbewegung um die Achse des Hauptgehäuses werden alle von Antriebswellen herbeigeführt, die ineinander verschachtelt sind. Das Klemmen oder der Klemmvorgang werden durch eine Vollwelle ausgeführt, während die beiden anderen Funktionen von Hohlwellen ausgeführt werden, die zur ersten Welle und W zueinander konzentrisch angeordnet sind. Ein nockenbetätigter Zahnstangenmechanismus vollzieht dabei die beiden Arbeitsabläufe oder Funktionen des Schwingens der Hebel und des Drehens um die Gehäuseachse.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Werkzeugmaschine, in

Fig. 2 eine zum Teil im Schnitt -. und zwar längs der'Linie II-II von Fig. 1 - wiedergegebene Seitenansicht einer Werkzeug-Wechselvorrichtung, in

Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des zur Werkzeug—Wechselvorrichtung gehörenden Antriebssystemes, in

Fig. Η eine Stirnansicht oder Endansicht eines zur Werkzeug-Wechsel vor rieht ung gehörenden Hebels oder Armes, in

Fig. 5 einen in die Linie V-V von Fig. 4 gelegten Schnitt des Hebels oder Armes, in

Fig. 6 die verschiedenen Funkt ions schritte bei der Betätigung der funktionellen Teile der Werkzeug-Wechselvorrichtung und in

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bis 11 in perspektivischer Weise den Zustand der Werkzeug- Wechsel vorrichtung während der einzelnen Teile des Betriebeablaufes.

Die wesentlichen Eigenschaften dieser Erfindung sind am besten aus Fig. 1 zu erkennen. Die mit der allgemeinen Hinweiszahl 10 gekennzeichnete Werkzeugmaschine ist über ein Kabel 11 mit

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einem Steuerschrank 12 verbunden. Die Werkzeugmaschine und deren Steuerschrank bilden gemeinsam eine numerisch gesteuerte und geregelte Werkzeugmaschine, die - wie nachstehend noch zu beschreiben sein wird - mit einer Werkzeug-Wechsel vor richtung versehen ist. Zur Werkzeugmaschine gehört ein Unterbau 13 mit den zueinander parallel angeordneten Führungsbahnen 14·, auf denen sich samt dem auf ihm befestigten Werkstück ein Tisch oder Schlitten 15 in Richtung der X-Achse bewegen kann. Vom Unterbau 13 nach oben erstreckt sich eine Säule oder ein Ständer 13, mit dem eine hängend angeordnete Steuertafel 17 verbunden ist. Die Säule oder der Ständer fe ist mit (hier nicht wiedergegebenen) Gleitbahnen versehen, auf denen sich ein Schlitten 18 in Richtung der Y-Achse gleitend bewegen kann. Dieser Schlitten oder Sattel 18 ist seinerseits wiederum mit den horizontalen Gleitbahnen 19 versehen, auf denen eine Werkzeughalterung 21, in der eine Horizontalspindel 22 drehbar gelagert ist, längs der Z-Achse gleiten kann. Oben auf der Werkzeughalterung 21 ist ein Werkzeugmagazin 23 montiert. Dieses Werkzeugmagazin 23 ist demjenigen ähnlich, das mit der am 20. September 19 68 aufgenommenen Patentanmeldung 761.235 von Pfister dargestellt und beschrieben worden ist. Auf der Werkzeughalterung 21 ist eine Werkzeug-Wechselvorrichtung 2 H derart angeordnet, daß ^ sie sich zwischen dem Werkzeugmagazin 23 und der Spindel ™ befindet. Zum Werkzeugmagazin 2 3 gehört ein Mechanismus, der das nächste zu verwendende Werkzeug in eine Wechselposition 25 zu bringen hat, von wo aus die Werkzeug-Wechselvorrichtung 24 das Werkzeug zur Spindel 22 bringt und gleichzeitig das alte Werkzeug von der Spindel 2 2 aus zur erneuten Speicherung im Werkzeugmagazin zur Wechselposition 2 5 zurückbringt.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß zur Werkzeugwechselvorrichtung 2*1 eine mit der Oberfläche des Werkzeugmagazins 23 ver-

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bundene Grundplatte 2 6 gehört. Ein Gehäuse 27, das sich um eine Achse A-A drehen kann, liegt - dies ist am besten aus Fig. 1 zu erkennen -· rechtwinklig zur Achse der Spindel 22 und rechtwinklig zur Achse eines in der Wechselposition-25 befindlichen Werkzeuges. Aus praktischen Gründen teilt die Achse A-A diesen Winkel in zwei Teilwinkel von je 45 auf, welche jeweils der Spindel und der Wechselposition zugeordnet sind.

Mit den einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 27 sind die beiden Hebel oder Arme 2 8 und 29 schwenkbar verbunden. Fig. 4 und Fig. 5 zeigen, daß ein jeder dieser Arme oder dieser Hebel an seinem Ende mit einem Klemmkopf oder mit einer Klemmvorrichtung versehen ist.

Auf die Grundplatte 26 ist ein länglicher Kolben 31, dessen Enden zur Herbeiführung einer reziprokierenden Bewegung mit hydraulischer Druckflüssigkeit beaufschlagt werden können, montiert. In den Kolben ist eine Zahnstange 32 eingearbeitet, die in ein Ritzel 33 eingreift und mit diesem Ritzel 33 kämmt. Das Ritzel 33 ist auf eine koaxial zur Achse A-A gelegten Welle 34, die in den Lagern 35 und 36 gelagert ist, aufgekeilt. Auf dem äußersten Ende der Welle 34„sitzt ein Kegelrad 37, das mit einem auf einer Welle 39 sitzenden Kegelrad 38 kämmt. Diese Welle 39 liegt rechtwinklig zur Achse A-A und ist an ihrem äußersten Ende mit einer Nockenplatte oder Nockenscheibe 41 versehen* Das auf der Welle 34 sitzende Kegelrad 37 kämmt auch noch mit einemÄnderen gegenüberliegenden Kegelrad, dessen Welle mit einer zum Hebel oder Arm 29 gehörenden Nockenplatte oder Nockenscheibe 42 verbunden ist. Die Welle 39 ist in den Lagern 42 und 43, die zueinander einen bestimmten Abstand haben,gelagert.

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Über der Welle 34 ist eine Hohlwelle 44 derart angeordnet, daß sie sich um die vorerwähnte Welle 3 4 drehen kann. Das Innere dieser Welle ist auf den Rollenlagern 45 und 46 gelagert, wohingegen der Axialdruck von dem zuvor beschriebenen Kugellager 3 6 aufgenommen wird. An dem nahe dem Zahnrad 33 gelegenen Fnde ist die Welle 44 mit einem geraden Ritzel 47 versehen, während auf dem anderen nahe dem Zahnrad 3 7 befindlichen Ende der Welle 34 ein hohles Kegelrad 48 sitzt. Dieses Kegelrad 48 kämmt mit einem Kegelrad 49 und treibt dieses auf das eine PJnde einer Hohlwelle 51 gearbeitete Kegelrad 49 an. Diese Hohlwelle ist - wie zuvor be- w schrieben- vermittels der Rollenlager 42 und 43 auf der Welle 3 7 drehbar angeordnet. Sie ist mit einem Ende des Hebels oder Armes 28 verkeilt und dient dazu, um eine von der Welle 39 und der Hohlwelle 51 gebildete Achse zu schwingen. Die äußere Fläche der Welle 51 ist in den Kugellagern 52 und 53 gelagert, die ihrerseits wiederum im Gehäuse 27 eingebaut sind. Das Zahnrad 48 kämmt mit einem ähnlichen Zahnrad und treibt eine ähnliche aus Zahnrad und Welle bestehende Konstruktion an, die eine Schwenkbewegung des Hebels oder Armes 29 um die gleiche Querachse in einem rechten Winkel zur Hauptachse A-A herbeizuführen hat.

h Das Hauptgehäuse 2 7 ist mit einer rohrförmigen Verlängerung 54 versehen. Diese rohrförmige Verlängerung erstreckt sich koaxial zur Welle 3 4 und zur Hohlwelle 44 bis in die Grundplatte 2 6 der Werkzeug-Wechselvorrichtung. Die Innenfläche der Verlängerung 5 4 ist in der Tat längs der Außenfläche der Welle 44 angeordnet und kann sich auf diese bezogen drehen. Das Kugellager 5 5 nimmt alle Radialkräfte zwischen dem Gehäuse 27 und der Welle 44 auf, während zwischen der Grundplatte 2 6 und dem Gehäuse 27 sich ein Rollenlager 56 befindet, das eine auf die Grundplatte bezogene Drehung des

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Gehäuses 2 7 zuläßt, desgleichen auch eine auf das Gehäuse 2 7 bezogene unabhängige Schwingung der Arme oder Hebel 28 und 29 sowie eine vom Gehäuse 2 7 und den Hebeln oder Armen 28 und 29 unabhängige Betätigung der Nockenplatten oder Nockenscheiben Hl und 42.

Um die Art und Weise, in der die Zahnstange 32 die Welle 34 antreibt und als Antrieb der Hohlwelle 44, der die Hebel oder Arme zugeordnet sind, sowie zum Antrieb der Hohlwelle 54 des Gehäuses dient, leichter verständlich zu machen, sind in Fig. 3 die Teile in auseinandergezogener Weise wiedergegeben. An den Enden der Konstruktion oder dieser betreffenden Baugruppe sind jeweils die Nockenplatten 57 und 58 angeordnet. In diese Nockenpl'atten 57 und 58 sind jeweils die Nockennuten 59 und 61 sowie die Mittelöffnungen 83 und 86 eingearbeitet. Die vorerwähnten Nockenplatten sind in der Grundplatte 2 6 zu allen Zeiten oder immer fest oder stationär angeordnet. In der Mitte zwischen diesen beiden Platten befindet sich eine Scheibe 62. Die der Platte 57 zugewandte Seite der Scheibe 62 ist mit den beiden Blöcken 63 und 64 versehen, deren gerade und parallele Kanten eine Nut oder Aussparung 65 bilden, in der sich ein Schlitten oder Schieber 66 befindet. Der Schlitten oder Schieber 66 ist länglich und mit abgerundeten Kanten ausgeführt, wobei die Längsseiten zueinander parallel liegen und zwischen den Blöcken 63 und 64 derart gleitend eingepaßt sind, daß der Schlitten oder Schieber 66 in dieser Nut zwar gleiten, sich jedoch auf die Scheibe 62 bezogen,nicht drehen kann. An "dem einen Ende ist der Schlitten oder der Schieber 66 mit einem Nockenabtaster 67j welcher sich in der Nockennut 59 der Platte 59 befindet, versehen· In den Schlitten oder den Schieber ist eine längliche öffnung 68 eingearbeitet, wobei längs einer ihrer Kanten eine Zahnstange 69 eingesetzt ist. Diese Zahnstange

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greift in ein gerades Ritzel 71, das am inneren Ende der rohrförmigen Verlängerung 54 des Gehäuses 27 eingearbeitet ist, ein und kämmt mit diesem.

Die der Platte 58 zugevandte Seite der Scheite 62 ist mit den Blöcken 72 und 73 versehen, deren in einem bestimmten Abstand zueinander parallel angeordneten Kanten zusammen eine Nut oder Aussparung 74 bilden, in der sich ein Schlitten oder Schieber 75 befindet. Der Schlitten oder Schieber 75 entspricht dem Schlitten oder Schieber 66. Er besitzt eine längliche Öffnung 76, in deren eine Kante eine Zahnstange 77 eingesetzt ist. Diese Zahnstange steht mit dem Ritzel 47, das zur Welle 44 gehört, die die Arme oder Hebel 2 8 und 29 betätigt, immer im Eingriff. Der Schlitten oder Schieber 75 ist mit einem llockenstift 78 - (in diesem Zusammenhang wird auch auf Fig. 2 verwiesen) - versehen, welcher sich zu allen Zeiten oder immer in der Nockennut der Platte 5 8 befindet. Nun ist zwischen der Platte 58 auf der einen Seite und den Blöcken 72 und 73 sowie dem Nockenstift 78 auf der anderen Seite eine weitere Scheibe 79 derart verschraubt, daß sie sich immer zusammen mit der Scheibe 62 dreht. (Wie aus Fig. 2 hervorgeht), gehört zur Scheibe 79 eine Nabe 81, die kraftschlüssig auf die Welle 34 pdaßt und mit dieser Welle verkeilt ist. Wird nun die Welle 34 in Umdrehung versetzt, dann drehen sich auch die Scheibe 79 und die Scheibe 62 samt der=-η Zubehör mit. In die Scheibe 79 ist ein Längsschlitz 82 eingearbeitet, durch die der zum Schlitten oder Schieber 75 gehörende Nockenstift 78 derart geführt ist, daß er sich in der Nockennut 61 befindet.

Unabhängig von der Platte 58 sind die Welle 34 und die zur Platte 79 gehörende Nabe 81 miteinander verkeilt oder mit eindander kraftschlüssig verbunden. In die Nabe der Scheibe

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79 ist eine Bohrung 8% eingearbeitet, die, wie dies bereits zuvor erwähnt worden ist ₉ fest und kraft schlüssig auf die Welle 34 aufgekeilt ist und damit auch fest und kraftschlüssig dem AuBenumfang der Welle 34 angepaßt ist. Die zum Schlitten oder¹ zum Schieber 75 gehörende öffnung 76 läßt das Durchführen der Welle 34 und der Hohlwelle 44 zu, sie hält natürlich auch das Zahnrad 47. Die Hohlwelle 44 samt der in ihr befindlichen Welle 34 lassen sich durch die Bohrung 85 in der Scheibe 62 durchführen. Die zum Schlitten oder Schieber 66 gehörende Öffnung 68 erlaubt das Durchführen aller drei Wellen: nämlich der Welle 34, der Hohlwelle Hf sowie der rohrförmigen Verlängerung 54, die zum Gehäuse 27 gehört. Darüber hinaus nimmt sie auch das Zahnrad 71 auf, das das Gehäuse 27 antreibt. Schließlich ist in die Platte 57 eine Bohrung 86 eingearbeitet, welche das Durchführen aller drei Wellen ebenso zuläßt.

Mit Fig. 5 und Fig. H- wird die Konstruktion des Armes oder Hebels 28 im Detail dargestellt. Das eine Ende des Armes oder Hebels ist natürlich mit der Hohlwelle 51 verkeilt oder mit dieser Hohlwelle 51 kraftSchlussig verbunden« Dann erstreckt sich ein gerader Teil 87 des Armes oder Hebels derart im rechten Winkel zur Achse der Welle 51, daß er parallel zu einer Vertikalebene der Achse A-A gerichtet ist. An seinem äußeren Ende ist er mit dem versetzten Teil 88 versehen₉ der auf die Achse A-A zurück gerichtet ist« In Längsrichtung des geraden Teiles 87 ist eine Gleitstange 89 geführt. Zu dieser Gleitstange 89 gehört ein Nockenstift 91, der in eine in die Innenfläche der Nockenplatte kl eingearbeitete Nockennut 92 eingreift und dort gleitet. Das andere Ende der Gleitstange 98 ist mit einer Zahnstange 93 versehen, die in ein Ritzel 95 eingreift, das seinerseits wiederum mit einem Zahnrad 94 kämmt. Das Zahnrad 95 sitzt auf einer Welle 9 6, auf die ein Klemmfinger

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97 aufgekeilt ist. Das andere Zahnrad sitzt hingegen auf einer Welle (die hier nicht wiedergegeben ist) und treibt diese Welle zur Betätigung des (hier nicht wiedergegebenen) anderen Klemmfingers an. Die Zähne der Zahnstange 9 3 sind gerade ausgeführt, während die Zähne der Zahnräder 9 4 und 95 eine Schrägverzahnung aufweisen. Die beiden Klemmfinger 97 und 98 - (es wird auf Fig. 7 verwiesen) - sind drehbar derart gelagert, daß sich in einem bestimmten Abstand um ihre Parallelachsen in einer Ebene drehen oder bewegen können, welche zur Achse der Gleitstange 89 einen Winkel von ungefähr 40° einnimmt, dabei vollzieht sich der Durchgang irgendwie seitlich der Querachse der Schwingbewegung. Die Klemmfinger 97 und 98 sind derart konstruiert und ausgelegt, daß sie sich um einen geeigneten Flansch eines Werkzeughalters 99, in dem ein Werkzeug 101 eingesetzt ist, klemmen oder klammern.

Anhand der bisherigen Beschreibung läßt sich nun der Betriebsablauf bei der Vorrichtung leicht verstehen. Hierbei sind die Diagramme nach Fig. 6A und Fig. 6B sowie die perspektivischen Darstellungen nach Fig. 7 bis Fig. 11 besonders nützlich. Während des Arbeitsvorganges A befindet sich der Nockenstift 91 in der Nockennut 92 der Nockenplatte 41 in einer Position, welche sich der Welle 39 am nächsten befindet. Das aber bedeutet, daß die Gleitstange 89 sehr dicht an die Welle 39 herangezogen ist, und zwar derart, daß sich, wie dies aus Fig. 7 zu erkennen ist, die beiden Klemmfinger 97 und 98 im geöffneten Zustand befinden. Diese Position der Klemmfinger erlaubt, daß sich für Bearbeitungsvorgänge der Werkzeugkopf oder die Werkzeughalterung - ohne an die Klemmfinger anzustoßen - nach vorne bewegen kann· Die Öffnungsposition der Klemmfinger 102 und 103 bewirkt auch, daß zur Abnahme vom Werkzeugmagazin ein neues Werkzeug bereitgestellt wird. Unterdessen kommt "es in der Werkzeughalterung

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zu einem Arbeiten der Spindel und zur Durchführung eines Bearbeitungsvorganges. Ist diese Bedingung gegeben, dann befindet sich der die Hebel oder Arme 28 und 29 steuernde und regelnde Schlitten oder Schieber 75 am äußersten linken Ende der Nockennut 61, wol>ei sich der Hebel oder der Arm 28 und der Hebel oder der Arm 29 in einer Position befinden, in der sie den in der Wechselposition 25 befindlichen Werkzeughalter samt den in ihm eingesetzten Werkzeug ergreifen, könnten. Weil sich der Noekenstift 91 jedoch in der unteren Position der Nockennut 61 befindet, kommt es jedoch nicht zu einem Aufgreifen des Werkzeughalters. Zur gleichen Zeit befindet sich das Gehäuse in seiner Ruhestellung, damit aber liegt die quergerichtete Schwenkachse B-B horizontal und in einem rechten Winkel zu einer Ebene, die die Spindel 22 und die Wechselposition des Werkzeugmagazins miteinander verbindet. Dieser Gesamtzustand ist aus Fig. 7 zu erkennen.

Nach Beendigung des BearbeitungsVorganges fährt die Werkzeughalterung in die Wechselposition zurück, dabei wird die Werkzeugeinspannvorrichtung in der Spindel gelöst. Zur Betätigung oder zum Antreiben des Betätigungskolbens 31 wird Drucköl oder Hydrauliköl zugeführt, durch die Einwirkung des Kolbens 31 wird die Welle 34 in Umdrehung versetzt. Dies wiederum führt über das Zahnrad 37, das Zahnrad 38 und die Welle 51 zu einer Umdrehung der Nockenplatte 41, wobei der in der Nockennut 92 befindliche Noekenstift 91 in eine Position gebracht wird, die von der Achse B-B weiter entfernt ist. Unter diesen Umständen werden die Finger 97 und 9 8 im Hinblick auf den Werkzeughalter, der sich in der Spindel 22 befindet, in eine Klemmposition bewegt. Durch eine Umdrehung der Welle 3H wird eine Umdrehung der Scheibe 79 herbeigeführt, die wiederum eine Drehung der Scheibe 62 veranlaßt. Die Schlitten oder Schieber müssen sich mit der gleichen Umdrehungsgeschwindig-

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keit drehen, wie dies bei der Welle 34 der Fall ist, von den Schlitten oder Schiebern wird die Bewegung auf die Ritzel 47 und 71 jedoch mit unterschiedlichen Werten übertragen. Wenn sich die Schlitten oder Schieber» 66 und 75 sich im Hinblick auf die Scheibe 62 nicht drehen können, so können sie doch gleiten. Dieses Gleiten wird durch das Eingreifen der ihnen zugeordneten Nockenstifte in den entsprechenden Nockennuten verursacht, wobei die gewählten Bewegungen oder Bewegungsabläufe auf deren Ritzel und eventuell auch auf das Gehäuse und die Hebel oder Arme übertragen wird.

fe Wenn, wie mit Schritt A dargestellt, die Welle 34 sich zu drehen beginnt, dann verläßt der Nockenstift 78 das Ende der Nockennut 61 und beginnt sich längs dieser Nockennut zu bewegen. Der erste Abschnitt der Nockennut 61 weist einen kleiner werdenden Radius mit der Achse A-A auf, so daß er die Längsbewegung des Werkzeugmagazins 76 herbeiführt, um das Zahnrad 47 in einer stationären Position zu halten. Mit der Bewegung seines Nockenstiftes 67 längs der Nockennut wird mit dem Einsetzen der ilockenst if t bewegung auch der Schlitten oder Schieber 66 in gleicher Weise in axialer Richtung verschoben, um das Zahnrad 71 stationär zu halten» Damit aber wird auf das Gehäuse 27 keine Bewegung übertragen. Bei Schritt B bedeutet die Position des Nockenstiftes 91 in der

P Nockennut 92, daß die beiden Klemmfinger 9 7 und 98 den Werkzeughalter ergriffen haben, d.h. sowohl den Werkzeughalter samt seinem Werkzeug, der sich in der Spindel befindet als auch den Werkzeughalter, der sich in der Wechselstellung oder Wechselposition befindet, das aber bedeutet, daß sowohl das alte als auch das neue Werkzeug aufgenommen worden ist. Zu diesem Zeitpunkt kommt es wegen der kurvenartigen Ausführung der Nockennut 61 während des Schrittes B zu einer geringfügigen Bewegung des Schlittens oder Schiebers 75. Weil jedoch die Kurvenausführung der Nockennut 59 das Zahnrad 47

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stationär gehalten hat, wird beim Schlitten oder Schieber eine bemerkbare Bewegung nicht herbeigeführt. Das aber bedeutet, wie dies aus Fig. 8 hervorgeht, daß die Klemmfinger den Werkzeughalter in beiden Positionen umklammernd festhalten, wobei sich die Hebel oder die Arme etwas um die Achse B-B bewegen und dabei den Werkzeughalter samt Werkstück aus der Verbindung mit der Spindel 22 lösen sowie gleichzeitig den Werkzeughalter samt Werkzeug aus dem Sockel im Werkzeugmagazin 23 entfernen. In dieser Position sind die Werkzeughalter völlig frei von den Sockeln oder •Spannhülsen in der Spindel und im Werkzeugmagazin. Bei Schritt C oder beim Arbeitsvorgang C bewegt sich der Nockenstift 91 durch einen kreisförmigen Teil der Nockennut 9 2, welcher zur Achse B-B der Welle 39 konzentrisch angeordnet ist. Dadurch kommt es zu keiner Änderung in der Klemmwirkung der Klemmfinger 9 7 und 98. Wegen der Bewegung des Nockenstiftes 78 in der Nockennut 61 wird der Schlitten oder Schieber 75 jedoch dazu veranlaßt, sich in eine Richtung zu bewegen, in der die Zahnstange 77 das Zahnrad 17 mit einer höheren Geschwindigkeit in Umlauf versetzt. Durch diesen Vorgang werden über die Hohlwelle 44, über das Zahnrad 48, über das Zahnrad 49 sowie über die Hohlwelle 51 die beiden Hebel oder Arme derart aufeinander zugeschwenkt, daß sie die mit Fig. wiedergegebene Position einnehmen, wobei die Werkzeuge direkt aufeinander ausgerichtet sind, und zwar derart, daß deren Achsen einen rechten Winkel bilden, mehr oder weniger einen rechten Winkel bilden. Auf die Achse A-A bezogen sind die Hebel oder Arme dabei sehr kompakt angeordnet. In der Zwischenzeit verändert die Nockennut 59 ihre Kurvenform in einer sehr extremen Weise, so daß, wie dies aus Fig. 9 für Schritt C hervorgeht, das Gehäuse um 180 gedreht wird.

In Schritt D oder während des Arbeitsvorganges D gleitet der Nockenstift 91 weiterhin durch einen konzentriischen Teil

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der Nockennut 9 2, wobei die Klemmwirkung sich nicht ändert und die Klemmfinger den alten Werkzeughalter und den neuen Werkzeughalter weiterhin festhalten. Zu diesem Zeitpunkt führt die fortgesetzte Umdrehung der Platte oder Scheibe 62, die den Schlitten oder den Schieber 75 mitnimmt, dazu, daß der llockenstift 78 in die andere Richtung zurückgleitet, wodurch dann wiederum eine Umkehrung der Hebelwirkung und ein Zurückbewegen der Hebel oder Arme in deren Originalposition herbeigeführt wird. In dieser Originalposition erstrecken sich die Hebel oder Arme von der Querrichtungsfe achse B-B aus derart in einander entgegengesetzte Richtungen, daß sich die mit Fig. 10 wiedergegebene Situation für Schritt D oder für den Arbeitsablauf D zu entwickeln beginnt. Der dem Schlitten oder Schieber 66 zugeordnete Nockenstift beginnt sich einem Teil der Nockennut 59 zu nähern, der nach innen zur Achse A-A geneigt ist. Die Nocken-Kurvenformen sind derart ausgeführt, daß sie eine weiche Beschleunigung und Verzögerung der Bauelemente zulassen und auch die Differentialwirkung, die durch die auf die Hebel oder Arme bezogene Pewegung des Gehäuses hervorgerufen wird, kompensieren.

Schließlich fällt während des Schrittes E oder während des P Arbeit sabla'uf es L der Nockenstift 91 in die nahe der Achse B-B gelegene Vertiefung der Nockennut 92, was zur Folge hat, daß sich die Finger von den Werkzeughaltern lösen. Bevor dies jedoch geschieht, sind die Hebel oder Arme schnell in ihre äußerste Position gefahren worden, so daß es zu einem Einführen der Werkzeughalter in die Sockel oder Spannvorrichtungen der Spindel und des Werkzeugmagazines kommt. Bei dieser Position handelt es sich um die extremste Position, die der Nockenstift 78 in der Nockennut 61 einnelimen kann. Er befindet sich dabei der Achse A-A am nächsten und

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hat somit die extremste Bewegung des Schlittens oder Schiebers 75 hervorgerufen, das aber bedeutet, daß die Hebel oder Arme in deren extremsten Position gefahren worden sind. Auch der Nockenstift des Schlittens oder Schieber 66 ist am äußersten Ende der Nockennut 59 angekommen, und das. Gehäuse hat sich in seine äußerste Position, die gegenüber der Originalposition um 180° versetzt ist, gedreht.

Hat zu diesem Zeitpunkt ein Werkzeug während des Betriebsablaufes seinen Arbeitsvorgang beendet, dann wird der Betri'ebsablauf in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen oder durchgeführt. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß die andere Seite oder das andere Ende des Kolbens 31 mit Hydrauliköl oder Drucköl beaufschlagt wird und die Nockenstößel in die entgegengesetzte Richtung bewegt, was dann wiederum zur Umkehrung der im Diagramm wiedergegebenen Arbeitsabläufe führt, und zwar solange, bis daß die Originalposition nach Schritt A oder Arbeitsablauf A erreicht worden ist.

Die vorerwähnte Erörterung zeigt, daß im Rahmen dieser Erfindung für eine numerisch gesteuerte und geregelte Werkzeugmaschine eine Werkzeug-Wechselvorrichtung geschaffen worden ist, welche nahezu mechanisch arbeitet. Die Hydraulik ist nur für die Betätigung des Kolbens 31 bestimmt. Außer den-Steuersignalen ist eine Elektrik vorhanden. Die Tatsache, daß die Nockennuten 92,· 61 und 59 für verschiedene Kurvenformen und ^Geschwindigkeiten ausgelegt werden können - diese sind gemäß Zeichnung leicht auswechselbar", macht, falls dies erforderlich sein sollte, Änderungen zur Anj.dfjsurii* auf besondere Bedingungen möglich. Die Vorrichtung kann von gewöhnlichen Mechanikern repariert und gewartet v/erden.* Eine Werkzeugmaschine arbeitet in einer schnutzgefüllten Atmosphäre mit Spänen und Hydraulikflüssigkeit oder

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Kühlflüssigkeit« Dabei arbeitet die Werkzeugmaschine ausgezeichnet , weil entgegen einer elektrischen und hydraulischen Vorrichtung, die unter derartigen Bedingungen Schwierigkeiten haben, mechanische Vorrichtungen solche Bedingungen sehr gut aushalten können.

Weil darüber hinaus die Hebel oder Arme aufeinander zu klappen und sich die Werkzeuge irgendwie in der gleichen Richtung einander überlappen, ist der von der Werkzeug-Wechsel vorrichtung - wenn sie sich um 180 dreht - einge- ^ nommene Raum minimal oder sehr klein. Das aber bedeutet, daß, wird eine Werkzeugmaschine ringsum diese Werkzeug-Wechselvorrichtung konstruiert, die anderen Bauelemente sehr dicht an die Achse A-A herangebracht werden können, ohne daß eine gegenseitige Beeinträchtigung durch sich bewegende Hebel oder Arme und Werkzeuge zu befürchten ist.

Es dürfte klar sein, daß, ohne vom Geist dieser Erfindung abzugehen, kleinere Änderungen an der Form und an der Konstruktion vorgenommen werden können. Diese Erfindung soll jedoch nicht auf die hier beschriebene Ausführungsform beschrankt sein, sie soll vielmehr auch alles umfassen, was in den Rahmen der dieser Patentanmeldung beiliegenden ψ Ansprüche fällt.

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Claims

THE CINCINNATI MILLING MACHINE COMP*, Cincinnati, OHIO/USA Pat entans prüche

Werkzeugmaschine

mit einer Werkzeughalterung, in dem eine Spindel drehbar gelagert ist; mit einem Werkzeugmagazin, zu dem eine Vorrichtung gehört, die eine Reihe von Werkzeugen aufzunehmen und diese Werkzeuge nacheinander - eines nach dem anderen - in eine Wechselposition zu bringen hat, in der die Achse eines jeden dorthin gelieferten Werkzeuges im wesentlichen rechtwinklig auf die Achse der Spindel ausgerichtet ist; sowie mit einer Werkzeug-Wechselvorrichtung," welche zwischen der vorerwähnten Wechselposition und der Spindel angeordnet ist und ein Werkzeug zwischen der Wechselposition und der Spindel zu bewegen hat. Die Werkzeugmaschine

dadurch gekennzeichnet, daß zur Werkzeug-Wechselvorrichtung ein Hauptgehäuse gehört, das sich um eine Achse, die zur Spindelachse und zur Achse, eines in der vorerwähnten Position befindlichen Werkzeuges rechtwinklig angeordnet ist, drehen kann; an einander entgegengesetzten Seiten des Hauptgehäuses zwei Arme oder Hebel derart angebracht sind, daß sie sich im rechten Winkel zur Hauptachse um eine Schwenkachse bewegen können; sie sich in seitlicher Richtung von der vorerwähnten Schwenkachse aus in entgegengesetzten Richtungen erstrecken; schließlich auf das Ende eines jeden Hebels oder eines jeden Armes zwei Klemmköpfe oder Klemmvorrichtungen aufgesetzt sind.

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2) Werkzeugmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Spindelachse, die Hauptgehäuseachse sowie die Achse des Werkzeuges in der gleichen Ebene liegen, wobei ein jeder Arm oder ein jeder Hebel mit einem Verlängerungsteil versehen ist, das als ein verschobenes Teil, das bei Gelegenheit den Klemmkopf oder die Klemmvorrichtung in eine nahe dieser Ebene gelegene Position zu bringen hat, parallel und in einem bestimmten Abstand zur vorerwähnten Ebene liegt.
3) Werkzeugmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sich das Hauptgehäuse um seine Achse drehen kann; die Hebel oder Arme um deren Schwenkachsen gedreht werden; schließlich die Klemmköpfe oder Klemmvorrichtungen betätigt werden, wobei dies alles durch einen einfachen Antriebsmechanismus bewerkstelligt wird.
4) Werkzeugmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Mechanismus ein Hydraulikantrieb gehört, der eine Welle antreibt, die sich durch das Hauptgehäuse koaxial zu dessen Achse erstreckt.
5) Werkzeugmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle an einem Ende mit einem Stirnrad zu ihrem Antrieb versehen wird und/oder an ihrem anderen Ende mit einem ersten Kegelrad und eine Klemmenbetätigungsvorrichtung an einem Ende einer Schwenkwelle montiert ist, die koaxial zur erwähnten Schwenkachse verläuft und am anderen Ende mit einem Kegelrad versehen ist,

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das in das erste Kegelrad eingreift und davon angetrieben wird, wobei durch die Umdrehung der Schwenkwelle der Klemmkopf in Betrieb gesetzt wird.
6) Werkzeugmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet·, daß ein jeder Arm oder Hebel mit einem Ende einer Hohlwelle, die koaxial zur Schwenkwelle montiert ist, verbunden ist; das andere Ende mit einem Kegelrad versehen ist; schließlich eine als Hohlwelle ausgeführte Betätigungswelle drehbar auf der Antriebswelle angeordnet und ' mit einem Kegelrad versehen ist, das in das zuletzt genannte Kegelrad eingreift, wobei die Außenseite der Betätigungswelle ein Zahnrad aufweist, durch das sie angetrieben wird.
7) Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, . dadurch gekennzeichnet, daß zum Hauptgehäuse ein rohrförmiger Teil gehört,der koaxial zur Antriebswelle drehbar angeordnet ist; schließlich in den rohrförmigen Teil ein Zahnrad eingearbeitet wird, durch das dieser rohrförmige Teil angetrieben wird.
8) Werkzeugmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Mechanismus gehören; eine von einem Motor angetriebene KlemmweHe; eine drehbar auf der Klemmwelle angeordnete Hohlwelle sowie eine drehbar auf der Hebel·* welle oder der Armwelle sitzende rohrförmige Gehäusevevlängerung; die Klemmwelle auch eine ihr koaxial zugeordnete Scheibe antreibt; ein Armschieber auf der einen Seite der Scheibe angeordnet ist, während sich ein Gehäuseschieber auf der anderen Seite der Scheibe befindet;

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die beiden Schieber auf der Scheibe derart angeordnet sind, daß sie sich zwar diametral quer über diese Scheibe verschieben können, daß sie sich jedoch nicht im Hinblick auf die Scheibe drehen können; ein jeder Schieber mit einem Nockenstift versehen ist, der in eine Nockennut einer feststehenden Platte hineinragt; diese Nockenstifte eine Gleitbewegung der ihnen zugeordneten Schieber herbeizuführen haben; der Hebelschieber oder der Armschieber eine Zahnstange aufweist, in die ein Zahnrad der Armwelle oder Hebelwelle eingreift; schließlich der Gehäuseschieber mit einer Zahnstange versehen ist, in die ein Zahnrad der Gehäuseverlängerung eingreift.

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