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Vorrichtung zum Umsetzen von Teilen, insbesondere Werkzeugwechselvorrichtung
bei Werkzeugmaschinen - Zusatz zu Patent 2 220 161 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Umsetzen von Teilen, insbesondere Werkzeugwechselvorrichtung bei Werkzeugmaschinen,
mit Greifern, die an schwenkbaren und parallel zur Teileachse bewegbaren Armen sitzen
und den Teil von einem Magazin zu einer Einsatzstelle und zurück bringen, wobei
die Arme in einem Kopf und der Kopf in einem Gehäuse senkrecht zu den Armen axial
verschiebbar geführt und die Arme und der Kopf in Richtung ihrer Längsachsen
und
die Arme um ihre Schwenkachsen von einem Antriebsrad aus gemeinsam bewegbar sind.
(Nach Patent 2 220 161) Beim Gegenstand gemäß dem llauptpatent ist zum Sperren der
Bewegung des Kopfes in Richtung seiner Längsachse in bestimmten Stellungen der Arme
eine Feder vorgesehen, die sich am Gehäuse abstützt und gegen ein mit dem Kopf fest
verbundenes Widerlager drückt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Feder zum Sperren
der Bewegung nicht besonders gut geeignet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung gemäß dem
Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß eine eindeutige Sperrung der Bewegung
des Kopfes in Richtung seiner Längsachse in bestimmten Stellungen der Arme erzielt
wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die erfindung vor, daß zum Sperren
der Bewegung des Kopfes in Richtung seiner Längsachse in bestimmten Stellungen der
Arme eine mit dem Kopf in Richtung seiner Längsachse formschlüssig verbundene Verriegelungsscheibe
mit Nocken vorgesehen ist und das Gehäuse Sperrflächen und axiale Führungsschlitze
aufweist, welche die Verriegelungsscheibe über die Nocken festhalten bzw, freigeben.
Dadurch wird eine eindeutige Sperrung der Bewegung des Kopfes in Richtung seiner
Längsachse in bestimmten Stellungen ermöglicht, so daß die Umsetzbewegungen der
Teile reproduzierbär
durchgefjihrt werden können. Die Vorrichtung
zeichnet sich insbesondere ~dann durch eine robuste Bauweise aus, wenn gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung die Sperrflächen jeweils als radial im Gehäuse umlaufender
Bund ausgebildet sind.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sitzt das Antriebsrad auf
einer mit einer Drehhülse in Eingriff stehenden Gewindespindel und die Drehhülse
trägt an einem Ende ein Treibrad zur Längsbewegung der Arme und am anderen Ende
das Verriegelungsglied. Der Kopf besteht aus einem Führungskörper für die Arme und
einem im Gehäuse geführten Hohlschaft, in dem die Drehhülse drehbar und der durch
Sperrglieder im Gehäuse geführt ist. In besonders zweckmäßiger Weise ist die Drehhülse
aus einer Lagerhülse und einer Verbindungshülse gebildet, die gegeneinander axial
beweglich geführt, aber formschlüssig in Drehrichtung verbunden sind. Dabei ist
die Lagerhülse im Bereich des Treibrades über ein Wälzlager drehbar, aber axial
unverschieblich im Hohlschaft angeordnet. Die Verbindungshülse trägt an ihrem freien
Ende die Verriegelungsscheilre und ist im lTohlschaft drehbar und über einen bestimmten
Weg axial bewegbar gelagert, Sie ist mit einem Innengewinde versehen und steht mit
der Gewindespindel in Eingriff. Zur formschlüssigen Verbindung der Lagerhülse mit
der Verbindungshülse ist eine Klaucnktipplung vorgesehen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Verriegelungsscheibe
mit dem liohlschaSt formschlüssig verbindbar. Zur formschlüssigen Verbindung mit
der Verriegelungsscheibe weist der Jfohlschaft eine Radialnut am freien Ende auf,
die Verriegelungsscheibe ist mit einem die Nocken am Irnde bildenden Steg zum Eingriff
in die Radialnut versehen. Um eindeutige Bewegungsabläufe erreichen zu können und
um am Ende einer Längsbewegung des Kopfes eine Dämpfung von möglicherweise auftretenden
Schwingungen erreichen zu können, stehen gemäß einem besonders vorteilhaften Merkmal
der Erfindung der Hohlschaft und die Verbindungshülse unter Wirkung eines Federelementes.
Zu dessen Aufnahme weisen der lfohlschaft und die Verbindungshülse jeweils gegeneinander
gerichtete, radial umlaufende Aussparungen auf, an deren radialen Rändern das Federelement
jeweils zur Anlage kommt. In besonders vorteilhafter Weise ist das Federelement
aus einer Druckfeder gebildet, die zwischen zwei sich an den radialen Rändern des
ohlschaftes bzw. der Verbindungshülse abstützenden Ringen eingespannt ist. Dabei
ist die Aussparung im Hohlschaft aus einer die innere Bohrung erweiternden Eindrehung
und einem den Hohlkörper abschließenden, angeschraubten, im Querschnitt L-förmigen
Profilring,gebildet, der die Radialnut für den Steg der Verriegelungs scheibe aufweist.
Die Aussparung in der Verbindungshülse ist durch eine Eindrehung und den kreisscheibenförmigen
Rundkörper der Verriegelungsscheibe gebildet, die an die
Verbindungshülse
angeschraubt ist. Tn besonders vorteilhafter Form besteht die Verrie<elungsscheibe
aus dem kreisscheibenförmigen Grundkörper und zwei radial nach außen gerichteten
Stegen mit den Nocken, jeder der Stege ist unsymmetrisch zu einem-Radius ausgebildet.
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Weiterhin ist vorgesehen, daß die Radialnut im L-förmigen Profilring
des Hohlschaftes unsymmetrisch zu einem Radius verläuft. Dadurch ist sichergestellt,
daß die Verriegelungsscheibe mit ihren Stegen erst nach einer vollen Umdrehung in
die Längsnut des ohlschaftes eintreten kann.
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In weiterer Ausgestaltting der Erfindung ist das Gehäuse kreiszylindrisch
ausgebildet und weist im Bereich des Gehäusedeckels den Bund für die Führung der
Nocken der Verriegelungsscheibe auf, der durch eine Eindrehung des Gehäuses gebildet
ist. In einem Abstand vom Bund, welcher dem axialen Verschiebeweg des topfes entspricht,
ist eine zweite Eindrehung mit einem zweiten Bund für die Nocken der Verriegelungsscheibe
im Gehäuse angeordnet, der Durchmesser der zweiten Eindrehung entspricht dem Durchmesser
der ersten Eindrehung und die beiden Eindrehungen stehen durch die axialen Führungsschlitze
für die Nocken der Verriegelungsscheibe miteinander in Verbindung.
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Schließlich sind im Gehäuse parallel zu den Führungsschlitzen und
in einem Abstand von diesen Axialnuten zur Führung der Sperrglieder des ohlschaftes
vorgesehen.
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Die Axialnuten für die Sperrglieder münden in eine Radialnut, in welche
die Sperrglieder am Ende des axialen Verschiebeweges des Kopfes einlaufen. Die Sperrglieder
sind aus in Nuten im Ilohlschaft eingelegten 5'paßfedern gebildet.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles einer Workzeugwechselvorrichtung bei Werkzeugmaschinen näher
erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß der
Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 eine Draufsicht hierzu, teilweise im Schnitt, bei ausgefahrenen
Armen, Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie Ill-Ill in Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt
gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1, Fig. 5 - 8 dem unteren Teil der Fig. 1 entsprechende
Darstellungen der Vorrichtung in verschiedenen Arbeitsstellungen, Fig. 9 einen Längsschnitt
durch das Gehäuse der Vorrichtung und
Fig. 10 einen Scl1nitt gemäß
der Linie X-X in Fig. 9.
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Bei einer Iferkzeugwechselvorrichtunf, bei Werkzeugmaschinen sind
in einem Kopf 1 zwei Arme 2,3 parallel zueinander angeordnet und gegenläufig gegeneinander
bewegbar. Am freien Ende der Arme 2,3 sitzt jeweils ein Greifer 4, der die Verbindung
mit einem aufzunehmenden Teil 5 herstellt Der Kopf 1 bildet in Draufsicht (Fig.
2) ein H, er besteht aus einem Führunbskörper 6 und einem Ilohlschaft 7. Die Arme
2,3 sind in den Längsbalken 8,9 des Kopfes 1 geführt, vom Querbalken 10 geht der
Hohlschaft 7 senkrecht zu den Längsbalken 8,9 aus. Der Kopf 1 ist über seinen hohlschaft
7 axial bewegbar in einem Gehäuse 11 geführt, das als Kreiszylinder 18 ausgebildet
ist.
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Zwischen dem Gehäuse 11 und dem Hohlschaft 7 befinden sich Sperrglieder
19, die aus Paßfedern 20 und Axialnuten 21 bestehen. Die Paßfedern 20 können auch
in nicht näher gezeigter Weise durch im Hohlschaft 7 gelagerte Rollen, Wälzlager
oder dergleichen ersetzt sein.
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In einem Gehäusedeckel 22 ist über ein Wälzlager 23 eine Gewindespindel
24 gelagert, auf ihrem aus dem Gehäuse 11 herausragendem Ende ist ein Antriebsrad
25 aufgekeilt.
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Die Spindel 24 ist umgeben von einer Drehhülse 26, die aus einer Lagerhülse
69 und einer Verbindtingshülse 70 gebildet ist, die gegeneinander axial beweglich
geführt, aber formschlüssig in Drehrichtung verbunden sind.
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Die Lagerhülse ist im eric eines Treibrades 28 über ein Wälzlager
27 drehbar, aber axial unverschieblich im }Iohlschaft 7 angeordnet, mit einem und
71 ist sie im Hohlschaft 7 geführt. Die Verbindllngshiilse 70 trägt an ihrem freien
Ende 72 eine Verriegelungsscheibe 73, sie ist im Hohlschaft 7 drehbar und über einen
bestimmten Weg axial bewegbar gelagert. Mit einem Innengewinde 74 steht sie mit
der Gewindespindel 24 in Eingriff, Zur .formschlüssigen Verbindung weisen die Lagerhülse
69 und die Verbindungshülse 70 an ihren stirnseitig aneinander stoßenden Enden jeweils
eine laenverzahnung 75 bzw. 76 auf: Das mit der Lagerhülse 69 verbundene Treibrad
28 einer kämmt mit<7ahnstange 29, die in den Armen 2,3 axial bewegbar, aber fixierbar
geführt sind. Die Fixierung übernimmt ein Querbolzen 30, der in einer Nut 31 im
Führungskörper 6 läuft und mit seinem einen Ende in eine Aussparung 32 in der Zahnstange
29 eingreifen kann. In der Stellung gemäß Fig. 2 ist der Querbolzen 30 aus der Aussparung
32 ausgehoben, er greift jetzt mit seinem anderen Ende in eine Ausnehmung 33 im
Führungskörper 6 ein, die Zahnstange 29 hat sich relativ zum Arm 2 verschoben, die
Verhältnisse beim Arm 3 liegen entsprechend. Die Zahnstange 29 ist mit einer als
Betätigungsglied 34 dienenden Stange 35 über eine Schraube 36 verbunden, am freien
Ende der Stange 35 befindet sich ein Konus 37, über den Kugeln 38 in eine interschneidng
39 des zu spannenden Teiles 5 eindrückbar sind.
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Die Achse des Kopfes 1, zu der die Gewindesl>indel 24 mit dem Antriebsrad
25, die Drehhülse 26 und der Kreiszylinder 18 konzentrisch angeordnet sind, bildet
bei diesem Ausführungsbeispiel die Schwenkachse lo für die Arme 2,3.
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Die Verriegelungsscheibe 73 ist mit dem freien Ende 72 der Verbindungshülse
70 durch Schrauben fest verbunden.
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Sie besteht aus einem kreisscheibenförmigen Grundkörper 77, der von
der Gewindespindel 24 durchdrungen ist, und zwei radial nach außen gerichteten Stegen
78, die an ihren freien Enden Nocken. 79 bilden. Die Stege 78 sind unsymmetrisch
zum Grundkörper 77 angeordnet, Die Verriegelungsscheibe 73 ist mit dem llohlschaft
7 formschlüssig verbindbar, Dazu weist der Hohlschaft 7 eine Radialnut 82 an seinem
freien Ende 83 auf. Diese verläuft, ebenfalls wie die Stege 78 der Verriegelungsscheibe
73, unsymmetrisch zu einem Radius, so daß die Verriegelungsscheibe 73 nur in einer
bestimmten Lage mit ihren Stegen 78 in die Radialnut 82 eintreten kann. Das freie
Ende 83 des Hohlschaftes 7 wird durch einen an diesen angeschraubten und im Querschnitt
L-förmigen Profilring 84 gebildet, in den gleichzeitig die Radialnut 82 eingebracht
ist.
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Das Gehäuse 11 bildet Sperrflächen 80 und axiale Führungs schlitze
81 für die Nocken 79 der Verriegelungsscheibe 73.
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Die Sperrflächen 80 bestehen jeweils aus einem im Gehäuse
11
radial umlaufenden Bund 85,86 der jeweils eine Seitenfläche einer im Gehäuse umlaufenden
Eindrehung 87,88 bildet. Die Eindrehung 88 ist im Bereich des Gehäuse deckels 22
angeordnet. Beide Eindrehungen 87,88 entsprechen in ihrem Durchmesser dem Außendurchmesser
der Verriegelungsscheibe 73. Sie sind durch die axial verlaufenden Führungsschlitze
81 miteinander verbunden, die in ihren Abmessungen an die Abmessungen der Nocken
79 angepaßt sind, Weiterhin sind im Gehäuse 11 parallel zu den Führungsschlitzen
81 und in einem Winkelabstand von 900 die Axialnuten 21 zur Führung der Sperrglieder
19 des Hohlschaftes 7 vorgesehen, Diese münden in eine Radialnut 90, in welche die
Sperrglieder 19 am Ende des axialen Verschiebeweges des Kopfes 1 einlaufen. Die
Radialnut 90 liegt von der Eindrehung 88 aus gesehen hinter der Eindrehung 87.
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Der Hohlschaft 7 und die Verbindungshülse 73 stehen unter Wirkung
eines Federelementes 91. Dieses ist aus einer Drwckfeder 92 gebildet, die zwischen
zwei sich an radialen Rändern 93 bis 96 des Hohlschaftes 7 bzw. der Verbindungshülse
70 abstützenden Piilgen 97 eingespannt sind (Fig. 8). Die Ränder 93 und 94 werden
durch Aussparungen 98 b, 99 im Hohlschaft 7 bzw in der Vcrbiniungshulse 70 gebildet,
die
Ränder 95 und 96 ergeben sich durch die -L-Form des lrofilringes 84 bzw. durch den
im Querschnitt kreisringförmigen Grundkörper 77 der Verriegelungsscheibe 73.
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Die beschriebene Werkzeugwechselvorrichtung bei Werkzeugmaschinen
bildet das Bindeglied zwischen einem nicht dargestellten Werkzeugspeicher als Magazin
und einer ebenfalls nicht dargestellten Werkzeugspindel als Einsatzstelle. Sie arbeitet
wie folgt: In der Ruhestellung gemäß Fig, 1 sind die Arme 2,3 eingezogen. Soll der
Werkzeugspindel ein neues Werkzeug zugeführt werden, so wird das Antriebsrad 25
durch einen entsprechenden, nicht näher dargestellten Antrieb angetrieben. Über
die Gewindespindel 24 wird die Drehhülse 26 und damit das Treibrad 28 mitgenommen,
die am Bund 86 der Eindrehung 88 entlang gleitenden Nocken 79 der Verriegelungsscheibe
73 verhindern zunächst eine Schraubbewegung zwischen der Gewindespindei 24'und der
Verbindungshülse 70 der Drehhülse 26, so daß der Kopf 1 im Gehäuse bleibt, wie es
in Fig. 1 dargestellt ist. Durch die Drehung des Treibrades 28 fahren die Arme 2,3
nach entgegengesetzten Richtungen aus, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Dieses
Ausfahren dauert so lange, bis der Greifer 4 in eine.Aufnahme 41 im zu spannenden
Teil 5, also im Werkzeug, einfährt und gegen einen Anschlag 42 stößt. Da die Arme
2,3 jetzt
festgelegt sind, bewegt sicll die Zahnstange 29 unter
dem Einfluß des Treibrades 28 relativ zum Arm 2 bzw. 3 weiter, dabei wird der Querbolzen
30 über die konischen Flächen mit seinem Ende in die Ausnehmung 33 bewegt und in
dieser Stellung verriegelt, Mit der Zahnstange 29 hat sich auch die Stange 35 bewegt,
wobei über den Konus 37 die Kugeln 38 in die interschneidn 39 hineingedrückt worden
sind, wie es rechts neben der Fig. 1 dargestellt ist. Damit ist das Werkzeug fest
mit dem Arm 2 bzw. 3 verbunden. Diese Vorgänge spielen sich bei beiden Armen 2,3
ab, also sowohl auf der Magazinseite als auch auf der Seite der erkzeugspindel,
Die in der Eindrehung 88 geführte Verriegelungsscheibe 73 nimmt dabei die in der
Fig. 5 dargestellte Lage gegenüber der Verbindiingshülse 70 und dem Hohlschaft 7
ein. Dieser wird unter Wirkung der in den Axialnuten 21 geführten Sperrkörper 19
in Drehrichtung festgehalten. Am Ende der Ausfahrbewegung der Arme 2,3 nimmt die
Verriegelungsscheibe 73 die in der Fig. 6 dargestellte Lage ein. Dazu sind ihre
Nocken 79 in die Führungsschlitze 81 des Gehäuses 11 eingerastet und ihre Stege
78 liegen in der Radialnut 82 des Hohlschaftes 7. Diese Lage der Verriegelungsscheibe
73 kann nur dann erreicht werden, wenn die Führungsschlitze 81 und die Radialnut
82 sich gegenüberliegen, und die unsymmetrisch ausgebildeten Stege 78 in die ebenfalls
unsymmetrisch ausgebildete Radialnut 82 eingreifen können,
was
nur nach einer v()llen llmeirehun) möglich ist. unter Wirkung des sich entspannenden
Federelementes 91 wird dann die Verriegelungsscheibe 73 in die Radialnut 82 hineingezogen.
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Nachdem eine weitere Bewegung sowohl der Zahnstange 29 als auch der
Arme 2,3 ausgeschlossen ist, wird über die Zahnstange 29 das Treibrad 28 und damit
die ])rehhülse 26 in Umfangsrichtung' festgehalten. Da nun die Verriegelungsscheibe
73 wirkungslos ist,kann die Drehhülse 26 und mit ihr der aus dem Führungskörper
6 und dem flohischaft 7 bestehende Kopf 1 aus dem Gehäuse 11 herausgefahren werden.
Dabei drehen das Antriebsrad 25 und somit auch die Gewindespindel 24 weiterhin in
gleicher Richtung. Mit dem Kopf 1 werden die Arme 2,3 und damit die Werkzeuge mitgenommen,
die dadurch aus dem Magazin bzw, der Werkzeugspindel herausgezogen werden, Die Axialbewegung
des Kopfes 1 dauert so lange, bis die Sperrglieder 19 und die Nocken 79 aus den
Führungsschlitzen 81 bzw.
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den Axialnuten 21 herausgefahren sind und in die Eindrehung 87 bzw.
die Radialnut 90 einfahren können. Sobald dies erreicht ist, hört die Axialbewegung
des Kopfes 1 sofort auf und dieser wird um die Schwenkachse 40 bei weiterhin gleicher
Drehung des Antriebsrades 25 gedreht, Über das Federungselement 91 erfolgt dabei
eine Dämpfung der durch die plötzliche Unterbrechung der Axialbewegung hervorgerufenen
Schwingungen des Kopfes 1. Diese Dämpfung ist
nur möglich, da die
Drej0hülse 26 zweiteilig aus Lagerhülse 69 und Verbindungshülse 70 besteht, die
über die Klauenverzahnungen 75 bzw. 76 miteinander verbunden sind. Nach einer Drehung
von z.B. 900 ist die in der iig. 7 dargestellte Lage des Kopfes 1 gegenüber dem
Gehäuse 11 erreicht. Bin Zurückfahren des Kopfes 1 ist dabei nicht möglich, da die
in der Eindrehung 87 bzw. in der Radialnut 90 befindlichen auteile, das sind die
Verriegelungsscheibe 73 iind die Sperrglieder 19 in axialer Richtung formschlüssig
gehalten sind. Nach einer Schwenkung um 1800 haben die Arme 2.und 3 ihre Stellungen
vertauscht, es ergibt sich dann die- in der Fig. 8 dargestellte Lage des Kopfes
1 gegenüber dem Gehäuse 11. Nun kann z.B. über einen Endschalter der Antrieb des
Antriebsrades 25 abgeschaltet bzw, dessen l)rehrichtung geändert werden. Bei einer
Änderung der Drehrichtung wird der Kopf 1 abgesenkt, d.h, die Werkzeuge werden in
die Werkzeugspindel bzw. das Magazin eingefahren, die Sperrglieder 19 und die Nocken
79 dringen jeweils in die andere Axialnut 21 bzw. in den anderen Führungsschlitz
81 im Gehäuse 11 ein. Bei weiterem Drehen in der gleichen Richtung fahren zunächst
die Stangen 35 und dann die Arme 2,3 in die Ausgangsstellung gemäß der Fig 1 zurück,
der Werkzeugwechsel ist vollzogen.