DE2129967A1 - Automatische Werkzeugauswechselvorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. JOHANNES SPIE₁S ,. 90007

8 MÜNCHEN 22 · KAROLINENSTRASSE 3 TELEFON: (0811) 22 6917 · TELEGRAMM-KURZANSCHRIFT: PATOMIC MÜNCHEN

Ikegai Tekko Kabushiki Kaisha

Tokjo / Japan 16. Juni 1971

Automatische Werkzeugauswechselvorrichtung

( Pur diese Anmeldung wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung No. 52637/70 vom 17. Juni 1970 und No. 70240/70 vom 11. August 1970 in Anspruch genommen )

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Werkzeugauswechselvorrichtung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, und zwar auf eine automatische Werkzeugauswechselvorrichtung, die nach dem sogenannten Zufallsauswählsystem arbeitet.

Nach dem Stande der i'echnik sind drei hauptsächliche Systeme für die automatische Auswechslung von Werkzeugen numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen bekannt, nämlich das sogenannte absolute Adressensystem, das feste Sequentialsystem und das Zufallsauswählsystem.

Von diesen drei automatischen V/erkzeugauswechselsystemen ist das Zufallsauswählsystem den anderen beiden Systemen

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im Hinblick auf die Arbeitsleistung überlegen; jedoch erfordert das Zufallsauswählsystem in seiner bisher bekannten Ausführung, daß die einzelnen Werkzeuge mit spezifischen Werkzeugnummern versehen sind, die so kodiert sind, daß sie durch eine Identifizierungseinrichtung wirksam identifizierbar sind.

Daher besitzt das übliche Zufallsauswählsystem insbesondere folgende Nachteile:

" (1) Es sind besondere Kostenaufwendungen erforderlich, um die einzelnen Werkzeuge mit kodierten Nummern zu versehen;

(2) es treten Verluste auf, die sich aufgrund der Verwendung von von allgemeinen Werkzeugen abweichenden Werkzeugen sowie der speziellen hierfür erforderlichen Administration ergeben; und

(3) es treten Schwierigkeiten bei der Wartung auf, und zwar aufgrund der Tatsache, daß sich die Identifizierungseinrichtung des Systems, die an der automatischen Werkzeugauswechselvorrichtung angebracht ist, in der Nähe der Werkzeugmaschine befindet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine automatische Werkzeugauswechselvorrichtung eines neuen Systems zu schaffen, welche inabesondere die vorgenannten Nachteile des bekannten Systems eliminiert. Insbesondere soll mit der Erfindung eine automatische Werkzeugauswechselvorrichtung nach dem sogenannten Zufallsauswählsystem geschaffen werden, die in Verbindung mit Mehrzweckwerkzeugen angewandt werden können, miü bsi welcher die Werksaug© ηίοίτ,ΐ direkt mit kodierten Έι-siMQTii versehen werden Müssen„ Auch soll die erfindungsgasiäßo automatische Wsrkzeugauswechsslvorrichtung in hohem G;,-£,4© sws^Iässig se±n_p" was dureli sin© Vereinfachung des

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Aufbaus der Werkzeugmaschine erreicht wird, indem die für die Werkzeugauswahl vorgesehene Identifizierungseinrichtung von der Werkzeugmaschine getrennt wird.

Die erfindungsgemäße automatische Werkzeugauswechselvorrichtung, die nach dem Zufallsauswählsystem arbeitet besitzt Speicheradressen, die so angeordnet sind, daß sie mit der Anordnung der Werkzeugaufnahme-Positionen in einem Werkzeugmagazin übereinstimmen, sowie weiterhin einen Speicher für Werkzeugnummern, der in vollständiger Übereinstimmung und synchron mit der Schaltbewegung des Magazins weitergeschaltet wird, ferner ein Ausnahme- bzw. Entkommregister, das außerhalb des Magazins angeordnet ist und die Werkzeugnummer des in Benutzung befindlichen Werkzeugs aufnimmt bzw. entweichen läßt, wobei die Binärnummern, die den von den Werkzeugaufnahme-Positionen des Magazins aufgenommenen Werkzeugen vorner in die Speicheradressen des vorerwähnten Speichers eingeschrieben werden; Leseköpfe werden zum Auslesen des Inhalts jeder Adresse benutzt, die Schaltbewegung des Magazins wird gestoppt, wenn die Position derjenigen Adresse erreicht ist, deren Inhalt mit der Werkzeugnummer des von der numerisohen Steuereinrichtung angeforderten neuen Werkzeuges übereinstimmt; ein Werkzeugaustausch zur Herausnahme des neuen Werkzeugs und zur Eingabe des alten Werkzeuges aus dem bzw. in das Magazin wird durchgeführt, und gleichzeitig wird die Werkzeugnummer des alten Werkzeuges im Ausnahme- bzw. Entkommregiater durch die Werkzeugnummer des neuen Werkzeuges ersetzt, die in der Speicheradresse gewesen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 7 der Zeichnung näher erläutert j sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt sondern läßt sich unter den gegebenen Richtlinien sowie im Hahmen des allgemeinen

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findungsgedankens in vielfältiger Weise mit Erfolg zur Ausführung bringen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das ein erstes Ausführungsbeispiel einer automatischen Werkzeugauswechselvorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht, die beispielsweise in Verbindung mit einer numerisch gesteuerten Bohrmaschine verwendet werden kann, wobei im einzelnen eine l'eilansicht der Werkzeugmaschine und ihres Werkzeugmagazins, schemtaische

" Darstellungen einer Magnettrommel und magnetischer

Köpfe sowie schematische Darstellungen einer numerischen Steuereinrichtung, eines Α-Registers, eines B-Registers und eines G-Registers (Ausnahme- bzw. Entkommregister) gezeigt sind?

Fig«, 2 eine schematische Querschnittsansicht nach der

Linie M-M der Flg. 3? die einen Speicher für Werkzeugnummern darstellt, der eine Magnettrommel, einen ^teuermechanismus und in den Figuren 1 und angedeutete Magnetköpfe aufweist}

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht nach der

Linie N-N der in Fig. 2 dargestellten Magnettrommel ι und

Fig. 4 den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels

einer erfindungsgemäßen automatischen Werkzeugausweehse!vorrichtung;

Fig. 5 eine perspektivische schematische Ansieht eines

Speicherzylinders und einer Nummernverarbeitungseiiiriehtung, wie sie im Ausführungsbeispiel nach 4 Anwendung finden kann;

Fig. 6 die Zusammensetzung eines Bits; und

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Fig. 7 eine schematische Ansicht eines selbsthaltende» Zungenschalters.

Im allgemeinen Bind die vom Magazin einer automatischen Werkzeugauswechselvorrichtung aufgenommenen Werkzeuge in einem Kreis, einer Matrix oder einer einzelnen Reihe angeordnet. Eine derartige Werkzeuganordnung wird durch ein starres Gerüst o.dgl. erreicht, wie z. B, durch eine geschweißte Konstruktion, es ist jedoch auch eine flexible Konstruktion bzw. Struktur möglich, wie beispielsweise eine Kette oder ein Stahldraht, und eine derartige Konstruktion oder Struktur, mit welcher die Werkzeuganordnung aufrechterhalten wird, bezeichnet man als Magazin. Wenn das Werkzeug aus dem Magazin herausgenommen oder in das Magazin zurückgegeben wird, erfolgt eine Relativbewegung zwischen einer Werkzeugauswechselvorrichtung und dem Magazin. Pur diese Relativbewegung wird eine kreisende, kreuzende oder hin- und hergehende Bewegung angewandt. Die auch Auswahl bzw. Ausdehnen oder Schalten bzw. Weiterschalten genannte Bewegung ist relativ, so daß sich daher die Werkzeugauswechselvorrichtung in einigen Fällen bewegt, während sie in anderen Fällen durchaus feststehen kann.

Nachstehend werden nun im einzelnen die beiden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert, von denen die eine Ausführungsform im Prinzip in den Figuren 1 bis und die andere Ausführungsform im Prinzip in den Figuren 4 bis 7 veranschaulicht ist.

Bei der ersten Ausführungsform wird eine Anordnung von Werkzeugnumaern die gleich der Anordnung der Werkzeuge in dem Magazin ist bzw« dieser Anordnung entspricht, in bzw. auf einem magnetischen Aufzeichnungsmittel gespeichert, wobei die Schaltbewegung des Magazine mit der Schaltbewegung des magnetischen AufzeiohnungsmitteIs synchronisiert iat, und

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wobei ferner eine Veränderung der Werkzeuganordnung, die durch ein Auswechseln von Werkzeugen hervorgerufen wird, durch Reproduktion dieser Veränderung mittels eines Wiedereins ehre lbens der»Werkzeugnummer in bzw. auf das magnetische Aufzeichnungsmittel richtig aufgezeichnet wird.

Zum Auslesen werden kraftflußempfindliche Magnetköpfe verwendet, die ein Auslesen bei einem Stoß ermöglichen und es unnötig machen, das eine große Trägheit besitzende Magazin mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen und schnell zu stoppen.

Nachstehend wird das erste besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

In Fig. 1 bedeutet 1 eine numerisch gesteuerte Bohrmaschine, 2 ist ein Werkzeugmagazin, 3 stellt eine numerische Steuereinrichtung dar, und 4 ist ein grundsätzliches Schema eines Magnetspeichers, von dem Einzelheiten in den Figuren 2 und gezeigt sind.

Die numerisch gesteuert© Bohrmaschine besitzt einen Spindelkopf 11, der mit einer Spindel 12 und einem Werkzeugwechselarm 13 versehen ist und mittels einer Vorschubspindel 14 in vertikaler Richtung entlang einer Säule 15 bewegt wird. Auf einem Tisch 16 wird ein Werkstück befestigt.

Das Werkzeugmagazin 2 umfaßt einen Magazinkörper 21, der zwölf Werkzeug-Aufnahmestellungen 1a, 2a, 3a, 4a, 5a, ... 12a besitzt und sich zusammen mit einer Welle 22 zum Zwecke von Schaltbewegungen dreht.

Ein Begrenzungsschalter 23 ist auf einem nicht dargestellten ortsfesten Rahmen befestigt,der von den Einsteiletiften 1b, 2b, 3b, 4b, 5b, ... 12b sram Zwecke einer synchronen Schalt-

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bewegung mit einer weiter unten beschriebenen Magnettrommel 41 betätigt wird.

Der Magazinkörper 21 ist an dem Spindelkopf "11 befestigt und hält stets eine konstante relative LagebeZiehung zur Spindel 12 aufrecht.

Die numerische Steuereinrichtung 3 umfaßt einen Papierbandleser, der kodierte Kommandos abliest, wie beispielsweise das Werkzeuglage- bzw. -wegkommando, verschiedene Funktionskommandos, das Werkzeugwahlkommando, das Vorschubgeschwindigkeits- und Spindelgeschwindigkeitskommando o.dgl., um Steuerkommandos an die numerisch gesteuerte Bohrmaschine zu geben.

Da sich die vorliegende Erfindung auf eine Werkzeugauswahl-Punktion bezieht, zeigt Fig. 1 lediglich ein sich auf die Werkzeugauswahl beziehendes System.

Eine Schaltsteuerung 31, gibt aufgrund eines Werkzeug-Auswahlkommandos 31 zu wiederholten Malen die Kommandos der Sohaltbetätigung R2 des Magazinkörpere und der Schaltbetätigung R4 der weiter unten beschriebenen Magnettrommel 4-1 ab, bis ein Auswahl-BrIedigungssignal (Koinzidenz-Signal) S4 erscheint.

Das A-Register 32 ist ein Register, in dem die angeforderte Werkzeugnummer S2 eines neu ausgesuchten Werkzeuges gespeichert wird, während das E-Register 33 ein Halteregister zur zeitweisen Speicherung der Werkzeugnummer eines registrierten Werkzeuges speichert, die von flußempfindlichen Magnetköpfen 42 abgelesen worden ist, damit sie mit dem Inhalt des Α-Registers verglichen werden kann. Das C-Register 34 ist ein Ausnahmeregister, das die Werkzeugnummer des auf der Spindel 12 befestigten Werkzeuges, d.h. desjenigen

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Werkzeuges, das aus dem Magazin herausgenommen worden ist, abzieht bzw. entweichen läßt.

Eine Werkzeugwechselsteuerung 35 gibt aufgrund eines Werkzeugwechselkommandos S3 ein Lese- und Schreib-Umschaltungskommando S31 aus, um einen UmschaltungsVorgang R5 eines magnetischen Kopfes zu bewirken und öffnet mit einem Signal S 32 das Tor 36 des O-Registers, um den Schreibköpfen 45, die weiter unten näher beschrieben werden, eine Schreibinformation. S7 zu geben und zu bewirken, daß der Werkzeug- W wechselarm 13 eine Werkzeugwechselbewegung R1 ausführt; und dann öffnet die Werkzeugwechselsteuerung mittels eines Signale S33 ein Tor 37, um den Inhalt des Α-Registers in das C-Register entweichen zu lassen.

Das magnetische Gedächtnis 4 besitzt eine Magnettrommel 41, die auf Wellen 403a und 403b angebracht ist, welche ihrerseits über Lager 402a und 402b von einem Rahmen 401 getragen werden, wie in den Figuren 2 und 3 veranschaulicht ist. Um die Magnettrommel zu schalten ist ein Zahnrad 407 durch Verkeilung an einen Schaltmotor 408 angekoppelt, der am Rahmen 401 befestigt ist; dieses Zahnrad 407 steht im Eingriff mit einem Zahnkranz eines KombinationsZahnrades 405, das freilaufend auf einer Welle 406 angeordnet ist, wobei der andere Zahnkranz des Kombinationszahnrades 405 mit einem auf der Welle 403a der Magnettrommel befestigten Zahnrad in Eingriff steht.

Auf der Oberfläche der Magnettrommel 41 ist ein Film vorgesehen, der aus einem magnetischen Mittel besteht und vorzugsweise durch Beschichten oder Plattieren der Trommeloberfläche mit Pe-Go oder Ni-Co-Materiai ausgebildet worden ist. Das Mittel, welches den Magnetspeicher bildet, ist in axialer Richtung in acht Teile und in Umfangsrichtung in zwölf Teile unterteilt j d.h. es ist in zwölf Blöcke von Speicherbereichen

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(Adressen) unterteilt, die mit 1c, 2c, 3c, 4o, 5c, ... 12c beziffert sind, wobei jeder Speicherbereich (Adresse) aus acht Bits besteht.

Die vorstehend genannten Speicherbereiche (Adressen) 1c, 2c, 3c, 4c, 5c, ... 12c entsprechen den Werkzeugaufnahne-Positionen 1a, 2a, 3a, 4a, 5a, ... 12a des Magazinkörpers 21, und in jedem Speicherbereich (Adresse) wird eine binär kodierte Werkzeugnummer in Wortformat gespeichert.

Der Schaltmotor 408 ist ein Einumdrehungs-Sohrittmotor und dreht das Zahnrad 407 aufgrund eines Einsohritt-Signals um eine Umdrehung. Das Reduktionsverhältnis der Zahnräder zwischen dem Schaltmotor 408 und der Welle 403 ist so gewählt, daß es 1/12 beträgt j daher wird die Magnettrommel 41 durch eine Umdrehung des Schaltmotors 408 um zwei/zwölf Radian gedreht, d.h. um eine Blockeinheit des Speicherbereiches (Adresse).

An dem Rahmen 401 ist ein Drehsolenoid 409 befestigt, und ein von dem Lager 410 getragenes Zahnrad 411 ist durch Verkeilung an eine Welle 409a angekoppelt. Das Zahnrad 411 befindet sich in Eingriff mit einem Zahnrad 412, das über ein Lager 413 von der Welle 403b der Magnettrommel getragen wird. Auf der rechtsseitigen Welle 403a der Magnettrommel 41 befindet sieh eine Platte 415, die von einem Lager 414 getragen wird, und zwischen der Seitenfläche der Platte 415 und der Seitenfläche des Zahnrads 412 sind acht kraftflußempfindliehe Magnetköpfe 42 und acht Sohreibköpfe

mit
45 nebeneinander vier durch diese Köpfe hindurchgehenden Stiften 416 befestigt.

Während der Inhalt des Speicherbereichs (Adresse) 1o auf der Magnettrommel 41 gelesen wird, befinden sich die kraftflußempfindliehen Magnetköpfe 42 gegenüber dem Speioher-

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bereich (Adresse) 1c, wie in den Figuren 1 und 3 dargestellt ist. Venn das Drehsolenoid 409 mit einem Auswahl-Beendigungssignal gedreht wird» wird eine Umschaltbetatigung R5 hervorgerufen» so daß die Schreibköpfe 45 in eine Stellung gegenüber dem Speicherbereich (Adresse) 1c an Stelle der Magnetkopf β 42 gelangen.

Um festzustellen, ob die vorerwähnte Umschaltbetätigung R5 richtig oder nicht richtig ausgeführt worden ist, befindet sich in der Platte 415 ein kleines Loch 417, und das Licht einer Lampe 419» die an dem Arm 420 befestigt ist, wird mittels einer Photozelle 418 festgestellt«

Der kraftflußempfindliehe Magnetkopf besitzt eine Magnetspule 43 und eine Nachweisspule 44, die auf den Magnetkopf aufgewickelt sind. Mit Hilfe eines geeigneten Erregungsstromes, welcher der Magnet- oder Erregungsspule 43 zugeführt wird und dauernd in dieser fließt, wird die in der Nachweisspule 44 erzeugte Spannung entsprechend der Polarität des Restkraftflusses auf der Oberfläche der Magnettrommel 41 moduliert, ao daß es möglich ist» die binär kodierte Information aufzunehmen und weiterzuverarbeiten, vorausgesetzt, daß die Werte "1" und "0" den entsprechenden Polaritäten des Restkraftflusses zugeordnet sind.

Per Schreibkopf 45 ist ein Magnetkopf, auf den eine Schreibspule 46 aufgewickelt ist. Sie Polarität des Restkraftflusses am bzw. im magnetischen Mittel wird durch die Richtung des der Sehreibepule 46 zugeführten Strome« verändert.

Nachstehend wird die Betriebsweise der vorbeschriebenen Ausführungeform der Erfindung näher erläutert:

Vor allem wird zunächst die anfängliche Einstellung der Werkzeuge vorgenommen. Die erforderlichen Werkzeuge werden in die Werkzeugaufnahme-Positionen 1a, 2a, 3a, 4a, 5a, ... 12a

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aufgenommen und ihre entsprechenden Werkzeugnummern werden in die zugeordneten Speicherbereiche (Adressen) 1c, 2c, 35c, 4c, 5c, ·.·. 12c der Magnettrommel 41 eingeschrieben. Dieses anfängliche Einschreiben wird durch entsprechende Anordnung bzw. Einstellung des Schaltkreises der numerischen Steuereinrichtung 3» des A-Registers 32,des Tors 37, des O-Registers 34, des Tors 36 und der magnetischen Schreibköpfe 45 für die anfängliche Einstellung bewirkt. _:- ■

Wenn es erwünscht ist, daß sich ein Werkzeug auf der Spindel befindet, dann wird so vorgegangen, daß die Werkzeugnummer dieses Werkzeugs im C-Register verbleibt.

Als nächstes wird ein Band für die erforderliche Schneidbzw, sonstige Bearbeitung in die numerische Steuereinrichtung 3 eingesetzt.

Wenn ein Werkzeugauswahlkommando von dem Kommandoband ein- bzw. abgelesen wird, gibt die numerische Steuereinrichtung 3 ein Werkzeugauswahlsignal S1 und eine angeforderte Werkzeugnummer S2 aus. Die angeforderte Werkzeugnummer S2 wird im A-Register 32 gespeichert, und die kraftflußempfindlichen Magnetköpfe 42 lesen den Inhalt des Speicherbereichs (Adresse), der mit 1c indexiert ist, und sie speichern diesen Inhalt in dem B-Register 33. Der Inhalt des A-Registers 32 wird sofort mit dem Inhalt des B-Registers 33 verglichen, und wenn die beiden RegisterInhalte nicht miteinander übereinstimmen, dreht (schaltet) ein Signal S5 den Magazinkörper 21 und die Magnettrommel 41 um einen Schritt (oder einen Block) in der gleichen Richtung, wie durch die Pfeile R4 und R2 in Fig. 1 angedeutet ist.

Wenn die Vollendung der vorerwähnten Einschrittumdrehung durch die Betätigung eines Endschalters 23 festgestellt worden ist, lesen die kraftflußempfindlichen Magnetköpfe 42

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den Inha3.t des Speicherbereichs 2c und speichern ihn gleichzeitig im B-Register 33. Daraufhin werden wiederum die In^ halte des A-Registers 32 und des B-Registers 33 miteinander verglichen. Auf diese V/eise wird die synchrone Schrittumdrehung (Weiterschaltung) des Magazinkörpers 2-1 und der Magnettrommel 41 wiederholt, Ms die SpeicherInhalte miteinander übereinstimmen.

Nimmt man an, daß das auszuwählende Werkzeug in der Werkzeugaufnahme-Position 5a untergebracht ist, dann stimmt der In-P halt des A-Registers 32 mit dem Inhalt des B-Registers 33 überein, wenn die Werkzeugaufnahme-Position 5a in die Werkzeugauswechsel-Position geschaltet ist und sich der Speicherbereich 5c gegenüber den kraftflußempfindlichen Magnetköpfen 42 befindet; in diesem Falle wird ein Koinzidenzsignal S4 zur Schaltsteuerung 31 abgegeben, und das Schaltsignal S5 wird unterbrochen.

Gleichzeitig wird das Koinzidenzsignal S4 zur numerischen Steuereinrichtung 3 zurückgeschickt, um ein Werkzeugauswechselkommando S3 auszulösen.

Das Werkzeugausweohselkommando S3 wird zur Werkzeugauswechselsteuerung 35 übertragen, von der ein Signal S31 an das Drehsolenoid 409 abgegeben wird, um einen Umschaltvorgang R5 hervorzurufen. Die Vervollständigung dieses Vorganges wird von der Photozelle 418 festgestellt= Auf diese Weise befinden sich nunmehr die magnetischen ochreibköpfe an Stelle der Magnetköpfe 42 gegenüber dem Speicherbereich 5c.

Die Werkzeugauswechselsteuerung 35 gibt ein Signal S32 ab_r um zu beitfirken, daß der Werkzeugauswechselarm 13 eine Werkzeugausweehse!bewegung R1 zum Austausch des alten, auf der Spindel befestigten Werkzeuges durch das neue, in der Werkzeugaufnahffle«~Poeition 5a befindliche Werkzeug ausführt.

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Ba die Werkzeugnummer des alten, bisher verwendeten Werkzeuges im C-Register (Ausnahmeregister) gespeichert worden war, öffnet, sobald der Werkzeugaustausch ausgeführt worden ist, das Signal S32 das Tor 36, um den Inhalt des C-Registers an die magnetischen Schreibköpfe 35 abzugeben, damit der Inhalt des Speicherbereichs (Adresse) 5c neu eingeschrieben wird, d.h. damit die Werkzeugnummer des alten Werkzeuges in dem Speicherbereich (Adresse) 5c gespeichert wird.

Daraufhin gibt die Werkzeugauswechselsteuerung 35 ein Signal S33 ab, um das Tor 37 zum Zwecke der Übertragung des Inhalts des Α-Registers in das C-Register zu öffnen. Das bedeutet, daß die Werkzeugnummer des neuen Werkzeuges, welches sich vorher in der Werkzeugaufnahme-Position 5a befunden hat und eben auf der Spindel befestigt worden ist, in das Ausnahmeregister (Entkommregister) übergeführt wird.

Die vorstehend beschriebenen Vorgänge bilden eine Reihe von Vorgängen zur Vollendung der Werkzeugauswechselung. Schließlich wird das Drehsolenoid 409 entregt, um die lage der Magnetköpfe wiederherzustellen, damit die Hagnetköpfe für die nachfolgende Werkzeugauswahl vorbereitet sind.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wird von dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Zufallsauswahl eines Werkzeuges durchgeführt, ohne daß es notwendig ist, den Werkzeugen kodierte Nummern zuzuweisen. Die Einrichtung gemäß dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist leicht instandzuhälten und besitzt eine hohe Betriebssicherheit, insbesondere deswegen, weil die Auswahl-Identifizierungseinrichtung vom Maschinenwerkzeug getrennt ist.

Es dürfte nicht erforderlich sein, klarzustellen, daß die verschiedensten Abwandlungen bei gleichartigen Konzeptionen durchgeführt werden können, die Erfindung also keineswegs auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt ist} beispiels-

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weise sind folgende Abwandlungen möglich:

(a) Es kann eine Aufzeichnungseinrichtung verwendet werden, die eine Magnettrommel umfaßt, auf deren Oberfläche ein magnetisches Mittel inform eines Bandes aufgewickelt ist;

(b) es ist auch möglich, eine Aufzeichnungseinrichtung zu benutzen, die mittels einer Rolle ein magnetisches Band antreibt, das endlos ausgebildet ist;

(c) als Aufzeichnungseinrichtung kann schließlich auch eine Magnetplatte, -scheibe ο.dgl. verwendet werden;

(d) es können Speicherbereiche (Adressen) verwendet werden, welche die Bits in Ausrichtung in der Vorschubrichtung der Aufzeichnungseinrichtung aufweisen; und

(e) der Spalt des Schreibkopfes, der sich gegenüber einem magnetischen Mittel befindet, kann größer als der Spalt des Lesekopfes ausgebildet werden, um den magnetischen Aufzeichnungsteil auf einem Bit langer zu machen, damit die Auswirkung möglicher Schaltfehler vermieden wird.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die nachstehend anhand der Figuren 4 bis 7 näher erläutert wird, werden Werkzeugnummern in einer Anordnung gespeichert, die der Anordnung der Werkzeuge in einem Magazin entspricht, wobei die Speicherung auf einem Speicherzylinder erfolgt, der den Schaltvorgang synchron mit der Schaltbewegung des Magazins einer Werkzeugausweohselvorriohtung durchführt; die Werkzeugnummer des außerhalb des Magazins befindlichen Werkzeuges wird in einem Ausnahmeregister (Entkommregister) gespeichert, und wenn ein Werkzeugaustausch durchgeführt worden ist, wird die Werkzeugnuamer im Ausnahmeregister

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durch die auf dem Speicherzylinder indexierte Werkzeugnummer ersetzt, um den Werkzeugaustauecn des Zufallsauswahl-Systems zu vollenden, wie nachstehend im einzelnen näher erläutert wird:

Fig. 4 veranschaulicht den Aufbau dieses Ausführungsbeispiels. Die Hauptkomponenten sind eine Werkzeugauswechseleinrichtung101 , die dazu dient, ein Werkzeug an der Spindel einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine zu befestigen bzw. von dieser Spindel abzunehmen. Weitere Hauptkomponenten sind eine numerische Steuereinrichtung 102, ein Werkzeugmagazin 103f ein Speicher 104 für die Werkzeugnummern, eine Nummern-Verarbeitungseinrichtung 105, ein Halte-Gedächtnis-Komparator 106 (Vergleichseinrichtung) und ein O-Kegister.

Die Werkzeugauswechselvorrichtung zum Anbringen bzw. Abnehmen eines Werkzeugs an bzw. von der Spindel 111 umfaßt einen Dreharm 114, der auf einer Welle 113 gleitet, Greifer 115 und 116, die an beiden Enden des Dreharms vorgesehen sind, und einen Antriebsmechanismus hierfür.

Wenn ein Kommando von einer Werkzeugauswechselsteuerung ausgeht, hält der Greifer 116 das Werkzeug TB auf der Spindel und zieht es in der Richtung des Pfeiles 98 heraus, und der Greifer 115 hält das Werkzeug TA im Magazin, welches in eine ortsfeste Lage 99 geschaltet ist, er nimmt es in der Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des Pfeils 98 heraus, dreht sich um 180 Grad um die Welle 113 in Richtung des Pfeils 97 und führt anschließend die vorgenannten Tätigkeiten in der entgegengesetzten Ordnung aus, um den Werkzeugaustausch zu vollenden.

Die Hauptfunktion der numerischen Steuereinrichtung 102 besteht darin, die Werkzeugbewegung zur spanabhebenden Bearbeitung des Werkstückes in der Werkzeugmaschine zu befehligen

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bzw. anzuordnen und zu steuern. Sie befehligt und steuert auch Hilfsfunktionen. Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Funktion der Werkzeugauswahl und des Auswechslungskommandos, welche eine der Hilfsfunktionen ist, wie nachstehend näher erläutert wird.

Die numeriche Steuereinrichtung 102 gibt ein sich auf eine Werkzeugnummer beziehendes Kommando entsprechend dem Inhalt eines Kommando- bzw. Befehlsbandes, wählt das Werkzeug von ^ den vielen im Magazin 103 befindlichen Werkzeugen aus und befehligt die Anbringung des Werkzeugs an die Spindel 111. Die Instruktion umfaßt selbstverständlich auch eine entsprechende Anordnung, daß das Werkzeug, welches vorher auf der Spindel 111 gewesen ist, in das Magazin 103 zurückzubringen ist.

Eine Steuerung 121 empfängt das vorerwähnte Werkzeugauswahlkommando und befehligt dem Magazin, weiterzuschalten. Dieses Kommando wird fortgesetzt, bis die Werkzeugnummer-Auswahleinrichtung, die weiter unten beschrieben wird, feststellt, daß die Werkzeugnummer mit der dem Kommando zugrundeliegenden Werkzeugnummer übereinstimmt.

Das Werkzeugmagazin 103 weist einen Magazinkörper 132 und einen Schaltmotor 133 auf, und in den vielen Werkzeugaufnahme-Positionen, die sich entlang dem Umfang des Magazinkörpers befinden, sind Werkzeuge untergebracht bzw. angeordnet .

Der Werkzeugnummernspeicher 104 umfaßt, wie in der perspektivischen Darstellung der Fig. 5 veranschaulicht ist, einen Schaltmotor 141 und einen Zylinder 142; die Umfangsoberfläche des letztgenannten Zylinders ist in die gleiche Anzahl von Speicherbereichen (Adressen) 147 unterteilt, wie die Anzahl der Werkzeugaufnahme-Positionen im Magazinkörper

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beträgt. Jeder der Speicherbereiche (Adressen) umfaßt acht Bits in axialer Richtung. Jedes Bit weist einen selbsthaltenden Zungenschalter 143 zum Halten des Speichers oder leils und eine Lampe 144 zum Lesen des Speichers auf, die in Reihe geschaltet und weiterhin mit Stromkollektorringen 145 und verbunden sind, wie aus i"ig. 6 ersichtlich ist. Wenn der Zungenschalter 143 angeschaltet ist, wird die Lampe 144 zum Leuchten gebracht, und wenn der Zungenschalter ausgeschaltet ist, ist die Lampe erlöscht, auf welche Weise binär kodierte Informationen hervorgebracht werden. Der Zungenschalter wird durch die weiter unten beschriebene Schreibspule erregt j da er stets durch einen permanenten Magnetfluß 149 vorgespannt ist, der, wie aus !ig» 7 ersehen werden kann, an der Rückseite vorhanden ist, werden die Kontakte des Zungenschalters von selbst in ihrer Lage gehalten, nachdem der Zungenschalter mit einem in Richtung des in 2?ig. 7 dargestellten Pfeiles fließenden Spulenstrom erregt worden ist, auch wenn anschließend der Spulenstrom unterbrochen wird. Die Kontakte werden erst geöffnet, wenn ein Strom in entgegengesetzter Richtung zu derjenigen des Pfeils in Hg. angewandt wird. Wenn ein solcher zum Pfeil in i*ig. 7 gegensinniger Strom angewandt wird, während die Kontakte des Zungenschalters geöffnet sind, dann schließen sich diese Kontakte nicht, sondern behalten ihre Öffnungsstellung bei.

Der dem Zylinder zugeordnete Schaltmotor 141 wird durch die Steuerung 121 veranlaßt, den Schaltvorgang (das Weiterschalten der Trommel) in genauer Synchronisation mit dem Schaltvorgang (dem Weiterschalten) des dem Magazin zugeordneten Sohaltmotors 133 auszuführen.

Die NummernverarbeitungBeinrichtung 105, die in einer ortsfesten Lage parallel zur Achse des SpeicherZylinders für die Werkzeugnummern angeordnet ist, umfaßt acht photoelektrische Detektoren 154 und acht Spulen 153. Jeder photoelektrisohe Detektor 154 liegt einer vorerwähnten Lampe

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in der indexierten Position gegenüber und stellt fest, ob die Lampe erleuchtet oder dunkel ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich jede Spule 153 einem der vorgenannten Zungenschalter 143 gegenüber und löscht die Werkzeugnummer auf dem Speicherzylinder oder schreibt den Inhalt des weiter unten beschriebenen C-Registers 107 in den vorerwähnten Speicherbereich 147 durch eine Schreibsteuerung.

Der Halte-Speieher-Komparator 106 speichert in einem Register 161 die dem Kommando zugrundeliegende Werkzeugnummer TS2, W die von der numerischen Steuereinrichtung 102 übertragen worden ist und vergleicht die von den photoelektrischen Detektoren 154 empfangene binär kodierte Information mit dem Inhalt eines Halteregisters 162 und versorgt schließlich die Steuerung 121 mit einem Koinzidenzsignal TC, um den Weitersehaltungsvorgang im gegebenen Augenblick zu stoppen.

Das C-Hegister 107 ist ein Ausnahmeregister (Entkommregister) , welches den Inhalt des Registers 161 entleert, nachdem des Werkzeugauswechselvorgang vollendet ist, und mit der Schreibsteuerung 171 versehen ist, damit bei dem nachfolgenden Werkzeugauswechselschritt der Inhalt des C-Registers 107 in den Speicherbereich (Adresse) eingeschrieben werden kann, welcher auf der Speichertrommel 104 gelöscht worden war. Dieser Einschreibvorgang entspricht der Rückkehr des ersetzten Werkzeugs in das Magazin; daher wird die Anordnung der Werkzeuge im Magazin trotz der "Zufallsherausnahme und -rückgabe" der Werkzeuge auf dem Speicherzylinder stets riehtig aufgezeichnet.

Die automatische Werkzeugauswechselvorrichtung, die gemäß den vorstehenden Erläuterungen nach der Erfindung aufgebaut ist, arbeitet wie folgt:

Im Stadium der Vorbereitung der Einrichtung werden die

Werkzeugnummern, welche den Werkzeugen im Magazin 103 entsprechen, inform binär kodierter Nummern in die zugeordneten Speicherbereiche (Adressen) auf dem Speicher 104 eingeschrieben. Dieses Einschreiben wird durch manuelle Eingabe von Eingangsgrößen über das O-Register 107 bewerkstelligt. Wenn die numerische Steuereinrichtung 102 ein Werkzeugauswählkommando TS1 und eine Werkzeugnummer TS2 ausgibt, befiehlt die Steuereinrichtung 121 dem dem Magazin zugeordneten Schaltmotor 133 sowie auch dem dem Speicherzylinder zugeordneten Schaltmotor 141 eine Einschritt-Weiterschaltung. Die vollständige Ausführung des Schaltvorganges der beiden vorerwähnten Schaltmotoren wird dadurch sichergestellt, daß zum Nachweis die Lage eines der Bits in dem Speicherbereich (Adresse) 147 benutzt wird, welcher die Sach-Werkzeugnummer enthält. Andererseits speichert das Register 161 die Werkzeugnummer TS2 des aufgrund des Kommandos auszuwählenden Werkzeugs.

Nach vollständiger Durchführung des WeiterSchaltens speichern die photoelektrischen Detektoren 154 im Halteregister 162 die Werkzeugnummer, die der Schaltstellung entspricht, und der Inhalt des Halteregisters 162 wird mit dem Inhalt des Registers 161 verglichen. Wenn die Inhalte nicht miteinander übereinstimmen, gibt die Steuerung 121 ein weiteres Kommando zur Fortsetzung der Schaltbewegung, d.h. des Weiterschaltens des Speicherzylinders und des Magazins ab. Wenn der Inhalt des Registers 161 des Halte-Speicher-Kompara<tors 106 mit dem Inhalt des Registers übereinstimmt, dann wird ein Koinzidenzsignal TC an die Steuerung 121 abgegeben, um die Schaltvorgänge zu beenden. Wenn die numerische Steuereinrichtung 102 nachfolgend ein Werkzeugauswechselkommando TS2 an die Steuerung 122 abgibt, wird zuerst ein Löschkommando TS31 erzeugt, um die Spule 153 mit einem Löschstrom zu versorgen, damit die Aufzeichnung im Speicherbereich 143a gelöscht wird. Als nächstes wird ein Werkzeugausweohselkommando TS32 abge-

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geben, worauf der Antriebsmechanismus 112 anläuft und das ■bisherige,, alte Werkzeug TB durch das neue Werkzeug TA ersetzt. Gleichzeitig wird der Inhalt des C-Registers 107, d.h. die Werkzeugnummer des alten Werkzeuges TB in den vorerwähnten Speicherbereich (Adresse) 143a eingeschrieben und dann wird der Inhalt des Registers 161, d.h. die Werkzeugnummer des neuen Werkzeuges TA in das C-Register 107 übertragen, wodurch ein Zyklus eines Werkzeugauswähl- und -auswechselvorganges vollendet ist.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung eine automatische Werkzeugauswechselvorrichtung, bei der ein synchron mit der Bewegung eines Werkzeugmagazins arbeitender Werkzeugnummernspeicher unabhängig vorgesehen ist. Dieser Werkzeugnummernspeicher ist in eine Anzahl von Speicheradressen bzw. Speicherbereichen unterteilt, wobei diese Anzahl gleich der Anzahl der im Werkzeugmagazin befindlichen Werkzeuge ist. In den Speicheradressen bzw. Speicherbereichen werden binäre Werkzeugnummern gespeichert, und zwar in gleicher Weise bzw. Anordnung, in der auch die Werkzeuge in dem Vferkzeugmagazin angeordnet sind. Wenn die die VJerkzeugnummer aufweisende Speicheradresse in die Position eines Schreib- und/oder Lesekopfes (oder mehrerer Schreib- und/oder Leseköpfe) geschaltet bzw. gebracht ist, kann ein Einschreib-, ein Lese- und ein Löschvorgang durchgeführt werden.

Eine durch eine numerische Steuereinrichtung ausgerufene neue Werkzeugnummer wird zeitweise in einem Halteregister gespeichert, und die Werkzeugnummer des benutzten Werkzeugs wird in einem Ausnahme- oder Entkommregister gespeicherte

Wenn das Werkzeugmagazin zum Zwecke des Aufsuchens des neuen Werkzeuges betätigt wird, arbeitet auch der die Werkzeugnummern enthaltende Speicher synchron mit ersterem. Wenn das neue Werkzeug im Magazin gegen das alte Werkzeug ausgetauscht wird, dann wird der Inhalt der Adresse im Spei-

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eher, in welcher die Werkzeugmunmer des neuen Werkzeugs
gespeichert gewesen ist, durch die alte Werkzeugnummer ersetzt, und der Inhalt des Ausnahme- bzw· Entkommregisters
wird durch die Werkzeugnummer des neuen Werkzeuges ersetzt, Auf diese Weise wird durch die Erfindung eine automatische Werkzeugauswechselvorrichtung des sogenannten "Zufallsauswählsystems" vorgeschlagen, in der die Anordnung der Werkzeuge im Magazin stets in einem Werkzeugnummernspeicher gespeichert ist.

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Claims (3)

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. JOHANNES SPIES '2996 7 8 MÜNCHEN 22 · KAROLINENSTRASSE 3 TELEFON: (0811) 226917 · TELEGRAMM-KURZANSCHRIFT: PATOMIC MÜNCHEN Ikegai Tekko Kabushiki Kaisha Tokjo / Japan 16. Juni 1971 Patentansprüche

1.j Automatische Werkzeugauswechselvorriehtung nach dem Zufallsauswählsystem, gekennzeichnet durch einen Werkzeugnummern-Speicher (4, 104) mit Speicheradressen (1c - 12e), die entsprechend bzw. gleichartig wie die Anordnung der Werkzeugaufnahme-Positionen (1a - 12a) eines Werkzeugmagazins (2) angeordnet sind, wobei der Werkzeugnummern-Speicher eine Schalttätigkeit bzw. -bewegung oder Weiterschaltung ausführt, die vollständig der Schalttätigkeit bzw. -bewegung des Werkzeugmagazins entspricht und mit dieser synchronisiert ist} ein Ausnahme- bzw. Entkommregister (34)» das sich außerhalb des Werkzeugmagazins befindet und die Werkzeugnummer des von einer Werkzeugmaschine benutzten Werkzeugs entweichen läßt bzw. aufnimmt; wobei binäre Werkzeugnummern, die den von den Werkzeugaufnahme-Positionen des Werkzeugmagazins aufgenommenen Werkzeugen entsprechen, anfänglich in den Speicheradressen des Speichers gespeichert werden, und der Inhalt jeder dieser Speicheradressen durch Verwendung von üeseko'pfen (42) gelesen und die Schalttätigkeit bzw. -bewegung oder Weiter-

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schaltung des Werkzeugmagazins bei derjenigen Position einer Speicheradresse gestoppt wird, deren Inhalt mit der Werkzeugnummer eines von einer numerischen Steuereinrichtung (3) angeforderten Werkzeugs übereinstimmt, um einen Werkzeugauswechselvorgang zum Anbringen des neuen Werkzeugs und zum Einbringen des bisher benutzten alten Werkzeugs in das Magazin durchzuführen, wobei gleichzeitig die im Ausnahme- bzw. Entkommregister gespeicherte Nummer des alten Werkzeuges und die in der Speicheradresse gespeicherte Nummer des neuen Werkzeuges gegeneinander ausgetauscht werden.

2. Automatische Werkzeugauswechselvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Speicher, der einen Zylinder (142) umfaßt, welcher mit einer Mehrzahl von Biteinheiten (147) auf dem Umfang versehen ist, wobei die Biteinheiten eine iieihenkombination eines selbsthaltenden Zungenschalters (143) und einer Lampe (144) sind, und eine Lese-, Lösch- und Schreibeinrichtung (105) vorgesehen ist, die Photozellen (154) zum Nachweis dee Lichtes der Lampen und Spulen (153) zum Er- und Entregen der Zungenschalter aufweist.

3. Automatische Werkzeugauswechselvorrichtung nach dem Zufallsauswählsystem, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, die mit einem Werkzeugmagazin versehen ist, das eine Mehrzahl von Werkzeugen aufnimmt, sowie mit einer Werkzeugauswechselvorrichtung zum Austauschen des benutzten Werkzeugs gegen eines der in dem Magazin befindlichen Werkzeuge, wozu das Magazin in eine vorbeetimmte Stellung geschaltet bzw. bewegt wird, gekennzeichnet durch eine magnetische Aufzeichnungseinrichtung (4) mit Speicheradressen (1c - 12c), die so angeordnet sind, daß sie der Anordnung der Werkzeugaufnahme-Positionen

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- r-

(1a - 12a) im Magazin (2) entsprechen, wobei die Weiterschaltung bzw. -bewegung der Speicheradressen sjoichron mit der Weiterschaltung bzw. -bewegung des Magazins erfolgt j- wobei ferner die Werkzeugnummern der von den Werkzeugaufnahme-Positionen des Magazins aufgenommenen Werkzeuge anfänglich in den Speicheradressen durch Verwendung binär kodierter Nummern gespeichert werden, und wobei die Inhalte der Speicheradressen unter Verwendung kraftflußempfindlicher Magnetköpfe (42) ausgelesen werden, um die Übereinstimmung mit der Werkzeugnummer eines angeforderten Werkzeugs zum Zwecke eines Werkzeugaustausches festzustellen; wobei ferner die Werkzeugnummer des aus dem Magazin herausgenommenen Werkzeugs in das Ausnahme- bzw. Entkommregister (34) übergeführt wird, während die Werkzeugnummer eines dann in eine Werkzeugaufnahme-Position des Magazins eingebrachten Werkzeugs in einer solchen Speicheradresse der magnetischen Speichereinrichtung gespeichert wird, die derjenigen Werkzeugaufnahme-Position entspricht, in welche das Werkzeug eingebracht worden ist.

Automatische Werkzeugauswechselvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß kraftflußempfindliehe Magnetköpfe (42) und magnetische bchreibköpfe (45) auf einer gemeinsamen Befestigungseinrichtung benachbart, nebeneinanderliegend, aneinander angrenzend o.a. befestigt sind, wobei sich die kraftflußempfindlichen Magnetköpfe während eines Lesevorganges gegenüber einer Speicheradressen-Einheit befinden, die auf einer magnetischen Aufzeichnungseinrichtung indexiert ist, um den darauf aufgezeichneten Inhalt zu lesen, derart, daß bei Übereinstimmung dieses Inhalts mit der binären Werkzeugnummer des angeforderten Werkzeugs die gemeinsame Befestigungseinrichtung verlagert, verschoben o.dgl. wird, um die magnetischen Schiceibköpfe in eine Stellung zu bringen* in der sie gegenüber dieser Speicheradressen-Einheit liegen, um den darin gespeicherten bzw. nun zu speichernden Inhalt neu zu schreiben.

BAD OFUGlNAL