DE2054240A1

DE2054240A1 - Vorrichtung zum automatischen Auswech sein von Werkzeugen an einer Werkzeugmaschi ne

Info

Publication number: DE2054240A1
Application number: DE19702054240
Authority: DE
Inventors: M Pierre Paris Pegard
Original assignee: G S P ATEL
Current assignee: G S P ATEL
Priority date: 1969-11-07
Filing date: 1970-11-04
Publication date: 1971-05-19
Also published as: JPS4821556B1; FR2067577A5

Description

Ba 1674

ATELIERS G.S.P., Courbevoie / Frankreich

Vorrichtung zum automatischen Auswechseln von Werkzeugen 'an einer Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Auswechseln von Werkzeugen an einer Werkzeugmaschine, die wenigstens eine Bearbeitungsspindel mit vorzugsweise vertikaler Achse aufweist.

Es sind Vorrichtungen zum automatischen Auswechseln von Werkzeugen bekannt, die ein Magazin in einem geschlossenen Ring enthalten, der auf dem Gestellsockel der Maschine fest angeordnet ist. In diesem Magazin sind Werkzeugfächer durch eine Antriebseinrichtung geführt und bewegt, die das ausgewählte Fach bis zu einer EmpfangsstelIe heranführt, an der eine überführungseinrichtung zwischengeschaltet wird, um das Werkzeug aus der Spindel herauszunehmen und es in dieses Fach einzuordnen oder um ein Werkzeug aus einem anderen ausgewählten Fach herauszunehmen und es in der Spindel anzubringen. Die Handhabung der Werkzeuge ist sehr umfangreich und führt zu einer Ausführungsform mit einer komplizierten übertragungseinrichtung und einem komplizierten Spindelsupport. Weiterhin 1st die tote Zeit, die sich aus dieser Handhabung ergibt, verhältnismäßig lang, wodurch die Kosten für die effektive Bearbeitungszeit beträchtlich hoch sind.

Es sind weiterhin Vorrichtungen zum automatischen Auswechseln von Werkzeugen bekannt, welche ebenfalls ein Magazin enthalten, das Jedoch so ausgeführt ist, daß die Überführungseinrichtung entfallen kann. Dieses Magazin wird praktisch durch eine kreisförmige Platte gebildet, die um

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eine geometrische Achse, welche parallel zu der der Spindel verläuft, angeordnet und in Rotation versetzt 1st. Die Werkzeugfächer dieses Magazins sind durch öffnungen begrenzt, die groß genug sind, damit sie einen Durchgang zur Spindel frei geben, wenn sie sich ihr gegenüber befinden; in diesen öffnungen sind als Vorsprünge Aufnahmeorgane der Werkzeuge vorhanden, die unwirksam gemacht werden können. Da die Spindel das Magazin (dessen Höhenlage fixiert ist) in seiner ganzen Höhe überqueren muß, bevor es in die Arbeitszone gelangt, muß die Spindel an einem sehr großen freitragenden Bauteil angebracht sein, was zu einer sehr kostspieligen Ausführungsform führt. Weiterhin beeinträchtigt dies die Steifigkeit der Spindel und folglich die Präzision sowie außerdem die Qualität der Bearbeitung. Weiterhin 1st der verfügbare Platz Im Magazin schlecht ausgenutzt, da die Verteilung der Werkzeugfächer nicht allein von Raumbedarf der Werkzeuge, sondern ebenso vom Raumbedarf der Spindel abhängt. Schließlich 1st es schwierig, die oben erwähnten Aufnahmeorgane für eine sichere Punktion und für schwere Werkzeuge auszuführen. Auf jeden Fall sind Ihre Selbstkosten im Hinblick auf ihren Aufbau und ihre Anzahl hoch.

Bei der erflndungsgeiaäßen Vorrichtung werden die Mängel der bekannten Vorrichtungen dadurch beseitigt, daß ein alt seinem einen Teil gegenüber der Spindel befindliches Magazin vorgesehen 1st, daß ferner in Richtung auf die Spindel offene Werkzeugfächer angebracht sind, die la Magazin beweglich geführt und mit einer Betätigungseinrichtung verbunden sind, daß weiterhin für das Magazin wenigstens ein an einen festen Support der Spindel angeordnetes Führungselement vorgesehen ist, das sich in einer etwa parallel zu einer radialen Ebene der Spindel verlaufenden, vorzugsweise rechtwinklig zur geometrischen Achse dieser Spindel liegenden Richtung erstreckt, und daß eine ebenfalls auf diesen Support aufgebaute, nit dem Magazin verbundene Betätigungs-

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einrichtung vorgesehen ist, durch die das Magazin aus einer aktiven Stellung, in der ein ausgewähltes Fach unter der Spindel angeordnet 1st, in eine Wartestellung gefahren wird, in der sich die Magazineinrichtung außerhalb der Reichweite der Spindel befindet.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist es ferner günstig, wenn das Führungselement von einem beweglichen Element getragen wird, das entlang wenigstens eines anderen, sich in einer etwa senkrechten Richtung erstreckenden Führungselementes gleitbeweglich angeordnet 1st, daß ferner zwecks Verfahrbarkeit des Magazins zwischen der zuvor erwähnten Höhenlage und einer niedrigeren Höhenlage eine weitere, auf dem Support abgestützte Betätigungseinrichtung mit dem beweglichen Element verbunden ist und daß die erstgenannte Betätigungseinrichtung sowie die erwähnte Antriebseinrichtung auf dem beweglichen Element befestigt wird.

Die Handhabung der Werkzeuge 1st bei der erfindungsge -mäßen Vorrichtung praktisch extrem vereinfacht, da kein Zwischenglied zwischen dem aus- bzw. angewählten Werkzeugfach und der Spindel vorhanden ist. Die tote Zeit beim Auswechseln der Werkzeuge 1st verkürzt; und zwar im Hinblick auf das NichtVorhandensein einer zwischengeschalteten Überführungseinrichtung, ferner im Hinblick darauf, daß die tote Zelt allein einer Wiederannäherung und einem Entfernen des Magazins auf einer kurzen Strecke entspricht sowie gleichermaßen im Hinblick darauf, daß dieses Magazin zuvor in eine Höhenlage entsprechend der niedrigsten Hochfahrstellung der Spindel geführt werden kann, die der vollständigen Lösung des Eingriffes von Werkzeug und Werkstücke sowie der möglichen Montage des folgenden Werkzeuges in der Spindel entspricht. Der freitragende Teil dieser Spindel ist nicht größer als wenn keine Vorrichtung zum automatischen Auswechseln der Werkzeuge angebracht wäre; der Querschnitt

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dieser Spindel ist der gleiche, so daß ihre Steifigkeit völlig ausreichend sein kann, ohne daß bei ihrer Montage irgendwelche Schwierigkeiten auftreten. Der Platz im Magazin ist unter günstigsten Bedingungen zur unterbringung der Werkzeuge ausgenutzt. Schließlich sind keine Organe erforderlich, um die Werkzeuge in ihrem Fach so zu halten, daß sie unwirksam gemacht werden können; falls man aus irgend einem Grunde trotzdem welche verwendet, haben sie nur eine untergeordnete Bedeutung, da die Werkzeuge stets durch ihr entsprechendes Fach gehalten werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist außerdem noch andere Vorteile auf: Sie kann auf einfache Welse ausgeführt werden, ihre Funktion ist sehr sicher und kann durch eine vereinfachte Programmierungseinrichtung betätigt werden, sie 1st sehr robust und zuverlässig und ihre Selbstkosten sind herabgesetzt.

Bei manchen Ausführungsformen der Erfindung ist es günstig, wenn das Führungselement fest mit dem Support verbunden 1st und wenn das Magazin derart angeordnet ist, daß sich die Werkzeugfächer in einer niedrigeren Höhenlage als die in ihre obere Stellung zurückgefahrene Spindel befinden.

Ferner können, gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die Werkzeugfächer im Magazin eine geschlossene, vorzugsweise kreisförmige Krümmungsbahn aufweisen, wobei das Magazin den Support der Spindel kreisringförmig umgibt und die Werkzeugfächer nach innen offen sind.

Im folgenden sind zwei Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen

Flg.l eine schematische Vorderansicht einer Werkzeugmaschine mit einer automatischen Auswechselvorrichtung der Werkzeuge gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

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Pig.2 eine Aufsicht auf die in Pig.l veranschaulichte Werkzeugmaschine;

Fig.3 eine gleiche Aufsicht wie in Pig.2 einer •zweiten Aus führung s form der Erfindung.

Eine in den Pig.l und 2 beispielsweise veranschaulichte Werkzeugmaschine dient dazu, an einem Werkstück Präs-, Ausbohr-, Durchbohr- und Gewindeschneidarbeiten auszuführen.

Diese Maschine enthält einen Gestellsockel 1, der unter Zwischenanordnung von zwei kreuzweise zueinander liegenden, horizontalen Gleitschienen 2 und 3 einen Tisch ¹I zur Befestigung der zu bearbeitenden Werkstücke trägt. Der Gestellsockel ist außerdem fest mit einem Ständer 5 verbunden, der eine vertikale Schiene 6 zur direkten Führung (oder mittels eines dazwischen angeordneten Schlittens 7) eines Schlittens 8 aufweist, in dem eine Pertigungs- bzw. Werkzeugspindel 9 gleitbeweglich angeordnet ist. Die Spindel 9 ist daher entlang einer geometrischen vertikalen Achse 10 beweglich und in dieser Richtung mittels mehrerer Antriebseinrichtungen (schematisch durch mehrere Kreise dargestellt) verschiebbar, die erwähnte Verlagerung der Spindel relativ zum Schlitten 8 und/oder des Schlittens 8 und/oder des Schlittens 8 relativ zum Schlitten 7 und/oder des Schlittens 7 relativ zum Ständer 5 bewirken. Es ist nicht sehr wichtig durch welche Mittel die Spindel 9 hochgehoben und abgesenkt wird. Es genügt lediglich zu wissen, daß ihre geometrische Verlagerungsachse in vollkommener Weise geometrisch bestimmt ist.

Die im Ausführungsbeispiel der Pig.l und 2 veranschaulichte erfindungsgemäße Vorrichtung dient dazu, ein Werkzeug 11 von der Spindel 9 abzunehmen, wenn diese die höchste Stellung beim Herausfahren einnimmt (vgl. Pig.l), um das Werkzeug in ein Magazin einzuordnen und um ein

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anderes Werkzeug aus diesem Magazin zu entnehmen, damit es an der Spindel angebracht wird.

Diese Vorrichtung umfaßt ein Magazin 12, in dem ein ringförmiger Kranz 13, der den Support 5 bis 8 der Spindel 9 umgibt, drehbar angeordnet und mit einer Antriebseinrichtung 14 verbunden ist. Bei der letzteren ist es nicht entscheidend, welche der bekannten Antriebsarten verwendet wird, z.B. ein Malteserkreuz, ein Zahnrad, eine Kette, eine Stößeleinrichtung oder dgl; sie arbeitet schrittweise oder kontinuierlich.

Der Kranz 13 ist in einem festen Gehäuse 15 des Magazins untergebracht, dessen Oberseite fest mit zwei seitlichen Schienen 16 verbunden ist, die gleitbeweglich in zwei Pührungsbahnen 17 angeordnet sind, welche in einer nachfolgend definierten Höhe an den Seiten des Ständers 5 befestigt sind. Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Führungselemente 16 und 17 rechtwinklig zur geometrischen Achse 10 der Spindel angeordnet und mit zusammenwirkenden Anschlagelementen versehen, so daß das Gehäuse 15 zwei Endstellungen 12a und 12b einnehmen kann (vgl. Pig.2).

Außerdem begrenzt der Kranz 13 Ausnehmungen 18, die nach innen, d.h. in Richtung auf die Spindel 9 geöffent sind; sie sind zur Einlagerung der Werkzeuge 11 im Magazin vorgesehen, indem diese dort eingehängt werden. Demzufolge entspricht die Breite der Ausnehmungen 18 etwa dem Durchmesser der Werkzeugkörper unterhalb des Flansches, sie ist Jedoch kleiner als der Durchmesser des Flansches. Daher liegen die Werkzeuge mit ihrem Flansch wieder auf dem Kranz und hängen nach unten, wobei das Magazin-Gehäuse 15 offen ist; die Werkzeuge nehmen damit oberhalb des Tisches ¹I ein begrenztes Volumen ein, dessen Raumbedarf mit 19 veranschaulicht ist.

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Das Gehäuse 15 des Magazins ist außerdem mit einer Betätigungseinrichtung 20 verbunden, die dazu dient, es aus der Stellung 12a in Richtung auf die Stellung 12b zu verlagern und umgekehrt. In der Endposition 12a befindet sich das Magazin außerhalb der Reichweite der Spindel 9 und des Schlittens 8, so daß die Spindel ihre Fertigungsarbeit ohne Behinderung ausführen kann. Im übrigen bringt in dieser Stellung 12a die Antriebseinrichtung I¹I das gewählte Fach (Ausnehmung l8s) des Kranzes 13 In eine Lage gegenüber der Spindel 9, damit es sowohl das an dieser Spindel angebrachte Werkzeug aufnehmen als auch das im Fach enthaltene Werkzeug an die Spindel abgeben kann. In der aktiven Stellung 12b ist das zuvor genannte gewählte Fach (Ausnehmung 18s) auf die geometrische Achse 10 der Spindel ausgerichtet und befindet sich unter deren unterem Ende, wobei die Spindel in ihre obere Stellung gebracht Ist (vgl. Fig.l). Im übrigen ist dies die eigentliche Lage, die die Höhe bestimmt, auf der das Magazin 12 angebracht werden muß.

Bei der Betätigungseinrichtung 20 ist es nicht von Bedeutung, welche Antriebsart benutzt wird (beispielsweise ein Exzenterantrieb, ein Kurbelstangenantrieb, ein Windenantrieb oder dgl.), weshalb sie nur schematisch durch einen Kreis veranschaulicht ist. Die Betätigungseinrichtung ist zwischen dem Gehäuse 15 und einer Konsole 21 angeordnet, welche auf der hinteren Seite des Ständers 5 befestigt ist.

Die in den Fig.l und 2 veranschaulichte Vorrichtung funktioniert beim Wechseln eines Werkzeuges In folgender Welse:

Während der Bearbeitung des Werkstückes befindet sich das Magazin 12 in der Stellung 12a. Bevor diese Bearbeitung beendet ist, wird die Antriebseinrichtung 1*1 in Betrieb gesetzt, um das gewählte leere Fach (Ausnehmung 18s), In das

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das Werkzeug der Spindel eingeordnet werden soll, in eine Lage gegenüber dieser Spindel zu bringen. Am Ende der Bearbeitung fährt die Spindel bis in ihr höchstes Rückstellniveau zurück und bei dieser Stellung bewirkt die Betätigungseinrichtung 20 eine Verschiebung des Magazins 12 aus der Stellung 12a in die Stellung 12b. Bei dieser Verstellung gelangt das Werkzeug der Spindel in das Fach bzw. die Ausnehmung 18s. Wenn das Werkzeug abgenommen ist, wird das Magazin durch die Betätigungseinrichtung 20 zurückgefahren und gelangt wieder in die Stellung 12a. In dieser Stellung versetzt die Antriebseinrichtung 14 den Kranz 13 in Bewegung, damit das Fach, in dem sich das anzumontierende neue Werkzeug befindet, in die ausgewählte Stellung geführt wird. Die Betätigungseinrichtung 20 bewirkt ein Verfahren des Magazins 12 in die Stellung 12b. Dort bleibt es, bis das in diesem neuen ausgewählten Fach befindliche Werkzeug in die Spindel eingesetzt ist. Die Betätigungseinrichtung 20 führt dann das Magazin in seine Ausgangsstellung 12a zurück und die Bearbeitung kann fortgesetzt werden.

Bei der in Fig.3 veranschaulichten Ausfuhrungsform sind alle bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel erwähnten Teile wieder verwendet.

Das Magazin 12 ist Jedoch nicht in einer fixierten Höhe relativ sum Ständer 5 angebracht, sondern wird durch ein Element 22 getragen, das in einer Richtung parallel zur Achse 10 der Spindel beweglich 1st. Aus diesem Gfrunde ist das Element 22 mit Schienen 23 versehen, die gleitbeweglich in Führungsbahnen 24 des Ständers 5 angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform sind demzufolge die Führungsbahnen 17 und die Konsole 21 nicht mehr auf dem Ständer 5 befestigt, sondern fest mit dem beweglichen Element 22 verbunden. Außerdem ist das bewegliche Element 22 mit dem Ständer 5 über eine Betätigungseinrichtung 25 verbunden, die beliebig ausgebildet sein kann (z.B. mit einem Kettenantrieb, einem Antrieb mit

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Zahnstange und Ritzel, einer Hubkolbeneinrichtung oder dgl.), die Jedoch vorzugsweise kompensiert bzw. ausgewuchtet ist. Die Betätigungseinrichtung 25 gestattet eine vertikale Verstellung der Magazineinrichtung 12 zwischen zwei Höhenlagen, nämlich der höchsten Höhenlage 12s (die mit ausgezogenen Linien in Pig.l veranschaulicht Ist und mit der fixierten Höhenlage des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispieles übereinstimmt) und der niedrigsten Höhenlage 121 (die in Pig.l In gestrichelten Linien dargestellt ist).

Die Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen gemäß Pig.3 funktioniert in gleicher Weise wie sie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben 1st, mit dem einzigen Unterschied, daß man vor dem Auswechseln eines Werkzeuges die Betätigungseinrichtung 25 betätigt, damit sie durch Verfahren des das Element 22 darstellenden Schlittens das Magazin 12 In eine Zwischen-Höhenlage führt, in die die Spindel 9 hochzufahren Ist, damit das von der Spindel getragene Werkzeug vollkommen aus dem zu bearbeitenden Werkstück herausgenommen wird und das folgende Werkzeug unbehindert vom Werkstück in die Spindel eingesetzt werden kann. Durch die in Pig.3 veranschaulichte Ausführungsform kann folglich die tote Zeit reduziert werden, die sich zwischen zwei Bearbeitungsvorgängen beim Hochfahren der Spindel und bei ihrem Absenken ergibt.

Die Ausführungsformen sind nicht, wie oben beschrieben, auf Fälle beschränkt, bei denen das Magazin 12 kreisförmig ausgeführt und um einen Ständer 5 herum angeordnet ist. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen erstrecken sich ebenso gut auf Ausführungsbeispiele, bei denen das Magazin eine längliche Form in einer geschlossenen Bahn oder in einer offenen Bahn aufweist; außerdem gibt es auch Fälle, bei denen das Magazin vor bzw. in einer anderen Lage gegenüber der Spindel 9 angeordnet 1st.

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Die erflndungsgemäße Vorrichtung kann besonders bei allen automatischen oder halbautomatischen Werkzeugmaschinen angewendet werden, die wenigstens eine Bearbeitungsspindel besitzen (und zwar am zweckmäßigsten, wenn diese Bearbeitungsspindel vertikal angeordnet ist); die Vorrichtung ist insbesondere bei solchen Maschinen anwendbar, die zwecks ihrer Betätigung mit einer Programmierungseinrichtung zusammenarbeiten.

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Claims

Patentansprüche

ί 1.))Vorrichtung zum automatischen Auswechseln von Werkzeugen —an einer Werkzeugmaschine, die wenigstens eine Bearbeitungsspindel mit vorzugsweise vertikaler Achse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit seinem einen Teil gegenüber der Spindel befindliches Magazin vorgesehen ist, daß ferner in Richtung auf die Spindel offene Werkzeugfächer angebracht sind, die im Magazin beweglich geführt und mit einer Betätigungseinrichtung verbunden sind, daß weiterhin für das Magazin wenigstens ein an einem festen Support der Spindel angeordnetes Führungselement vorgesehen ist, das sich in einer etwa parallel zu einer radialen Ebene der Spindel verlaufenden, vorzugsweise rechtwinklig zur geometrischen Achse dieser Spindel liegenden Richtung erstreckt, und daß eine ebenfalls auf diesem Support aufgebaute, mit dem Magazin verbundene Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, durch die das Magazin aus einer aktiven Stellung, in der ein ausgewähltes Fach unter der Spindel angeordnet ist, in eine Wartestellung gefahren wird, in der sich die Magazineinrichtung außerhalb der Reichweite der Spindel befindet.
2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement fest mit dem Support verbunden ist und daß das Magazin derart angeordnet ist, daß sich die Werkzeugfächer in einer niedrigeren Höhenlage als die in ihre obere Stellung zurückgefahrene Spindel befinden.
3.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement von einem beweglichen Element getragen wird, das entlang wenigstens eines anderen, sich in einer etwa senkrechten Richtung erstreckenden Führungselementes gleitbeweglich angeordnet ist, daß ferner zwecks Verfahr-

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barkeit des Magazins zwischen der zuvor erwähnten Höhenlage und einer niedrigeren Höhenlage eine weitere, auf dem Support abgestützte Betätigungseinrichtung mit dem beweglichen Element verbunden 1st und daß die erstgenannte Betätigungseinrichtung sowie die erwähnte Antriebseinrichtung auf dem beweglichen Element befestigt sind.
4.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugfächer im Magazin eine geschlossene, vorzugsweise kreisförmige Krümmungsbahn aufweisen.
5.) Vorrichtung nach Anspruch ²J, dadurch gekennzeichnet, daß das Magazin den Support der Spindel kreisringförmig umgibt und daß die Werkzeugfächer nach innen offen sind.

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