DE2304206A1

DE2304206A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2304206A1
Application number: DE2304206A
Authority: DE
Inventors: James Leon Frazier
Original assignee: Houdaille Industries Inc
Current assignee: Houdaille Industries Inc
Priority date: 1972-03-27
Filing date: 1973-01-29
Publication date: 1973-10-18
Also published as: GB1415350A; IT971466B; US3893371A; JPS496575A; FR2177711A1; FR2177711B1

Description

PATEMTAS¹IVAIiT 80OO MÜNCHEN 90

»ΐρΐ>.-ΐκβ. W. GBAF aüebfeldsthasse w/ϊ. auf«.

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A - 303

BESCHREIBUNG zu der Patentanmeldung

Houdaille Industries, Inc.

One M & T Plaza Buffalo, New York 1^203

betreffend

Werkzeugmas ehine

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine solche Werkzeugmaschine, bei der an einem Masehinenkopf eine axial verschiebbare Antriebsspindel angebracht ist, an derem Ende ein Werkzeug einsetzbar ist.

Bei Werkzeugmaschinen dieser Art mit Werkzeugwechse!vorrichtungen zum Wechseln oder Übertragen eines Schneidwerkzeuges treten im Betrieb oftmals Nachteile auf. So besteht beispielsweise ein Problem darin, ein Werkzeug in einer vorbestimmten Winkelstellung der Spindel zuzuführen, nämlich in bezug auf die Achse. Auch bestehen Probleme mit den bisher üblichen Vorrichtungen zum Festlegen und Freigeben solcher Werkzeuge an der Spindel. ί

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verriegeln der Spindel bei solchen Werkzeugmaschinen in einer vorbestimmten Winkelstellung aufzuzeigen, so daß das Anbringen und Abnehmen eines Werkzeuges von der Spindel einfacher und genauer möglich ist. Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, die obengenannten Nachteile bezüglich des Einspannens solcher Werkzeuge zu vermeiden und eine einfachere und besser arbeitende Vorrichtung dieser Art aufzuzeigen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Werkzeugmaschine nach den Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Bei der erfindungsgemäßen Maschine wird die Maschinenspindel jeweils automatisch in einer vorbestimmten Winkelstellung angehalten und in dieser verriegelt, so daß das Werkzeug immer in der richtigen Stellung einfach eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es außerdem, daß in dieser vorbestimmten Winkelstellung das Werkzeug sehr schnell und leicht abgenommen und ein neues Werkzeug eingesetzt werden kann, was vor allem auf die neuartige Werkzeughalte und -spannvorrichtung gemäß der Erfindung zurückzuführen ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematicher Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Maschinenkopf einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine;

Figur 2 zeigt die Draufsicht und verdeutlicht Einzelheiten der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung;

Figuren J5 bis 5 zeigen im vergrößerten Maßstab Einzelheiten der Vorrichtung nach Figur 1;

Figuren 6 und 7 zeigen im vergrößerten Maßstab Einzelheiten der dabei angewendeten Werkzeughaltevorrichtung.

Der Maschinenkopf 10 ist an einem nicht näher bezeichneten Maschinenrahmen in bekannter Weise befestigt. Der Maschinenkopf 10 umfaßt ein Gehäuse 11 mit daran befestigten verschiedenen Einzelteilen. Normalerweise wird die dargestellte

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Werkzeugmaschine durch einen numerischen Steuerkreis automatisch gesteuert und/oder es ist eine Handsteuervorrichtung vorgesehen. Weitere neuartige Steuervorgänge für die dargestellte Maschine werden nachfolgend näher erläutert.

Nach Figur 1 ist an dem Maschinenkopf 10 eine Hohlwelle 12 gelagert, in der eine Spindel 13 angeordnet ist. An dem Gehäuse 11 des Maschinenkopfes 10 ist ein relativ großer Spindelmotor 14 und ein kleinerer Hohlwellenmotor 15 zum Hin- und Herverschieben der Hohlwelle 12 befestigt. Der Maschinenkopf 10 besitzt eine Führungsbohrung 16, in welcher die Hohlwelle 12 zur vertikalen Bewegung parallel zur Bewegungsrichtung "des Kopfes 10 gleitend geführt ist. Der Maschinenkppf 10 besitzt innen vertikale Führungen 17, mit denen zwei Rollen der Hohlwelle 12 zusammenwirken und durch welche die Hohlwelle an Winkelbewegungen um die Drehachse der Spindel IJ gehindert wird. Die Hohlwelle 12 unterstützt die Spindel 13 drehbar und zwar derart, daß die Hohlwelle zusammen mit der Spindel vertikal bewegbar ist. Damit wird bei vertikaler Bewegung der Hohlwelle 12 auch die Spindel 13 um die gleiche Strecke vertikal bewegt.

Der Motor 15 trägt eine Riemenscheibe 19 und treibt über einen Riemen 20 eine Riemenscheibe 21, die koaxial zur Spindel 13 angeordnet ist. Die Riemenscheibe 21 ist drehfest an einem Gewindeschaft 22 befestigt, dessen Gewindeabschnitt mit einer Mutter 23 zusammenwirkt, die am oberen Ende der Hohlwelle 12 befestigt ist. Der Motor 15 ist in seiner Drehrichtung umkehrbar und der Gewindeschaft 22 ist axial festgelegt, so daß über die Mutter 23 die gesamte Hohlwellenanordnung vertikal hin und her bewegt werden kann. Die Verschiebekräfte zur Hin- und Herbewegung werden auf diese Weise konzentrisch zum Werkzeug aufgebracht, so daß während der Zuführung des Werkzeuges die Hohlwelle nicht klemmen oder taumeln kann, selbst wenn in

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der Führung irgendein Spiel vorhanden sein sollte.

Am oberen Ende der drehbaren Schraube 23 ist eine Bremse 24 üblicher Bauart angeordnet, die zwisehen der Schraube 23 und dem Maschinenkopf 10 wirkt. Zusätzlich ist an der drehbaren Schraube 23 noch eine Anzeigeeinrichtung 25 bekannter Bauart angebracht, durch welche Steuersignale dem Steuersystem zugeführt werden und die eine Verdrehung der Schraube 23 anzeigen. Auf der Abtriebswelle des Motors 15 ist noch eine Scheibe 26 befestigt, durch welche ein weiteres Steuerelement angetrieben wird, das im Steuerkreis des Motors 15 liegt.

Eine Uockenschalterein_..._^richtung bildet Teil der Steuereinrichtung zum Einstellen der vertikalen Axialbewegung der Hohlwelle 12. Auf dem Maschinenkopf 10 sind mehrere Schalter 27 befestigt, deren Betätigungsvorrichtungen in das Innere hineinragen und zwar bis zu einem Punkt nahe dem oberen Ende der eingefahrenen Hohlwelle 12. Zusätzliche weitere Schalter 28 sind darunter nahe dem oberen Ende der ausgefahrenen Hohlwelle angeordnet. Am oberen Ende der Hohlwelle 12 sind nach den Figuren 1 und 4 fünf Nocken 29 bis 33 befestigt.

Der Spindelantriebsmotor 14 ist normalerweise kontinuierlich angetrieben und seine Ausgangswelle ist über zwei Kupplungen 3^ und 35 ^m^t einem Getriebe J>6 verbunden. Die Spindel 13 trägt an ihrem oberen Ende innerhalb des oberen Endes der Hohlwelle l^r2 ein Zahnrad 37* das mit dem Getriebe 36 zum Verdrehen der Spindel antriebsmäßig verbunden ist.

Das Getriebe J>6 umfaßt eine Eingangswelle 38 mit einem daran befestigten Zahnrad 39, das mit einem an der Welle 41 drehbar gelagerten Zahnrad 40 kämmt. Dieses Zahnrad 40 kämmt seinerseits mit einem Zahnrad 42, das auf der Welle 43 befestigt ist. Die Zahnräder 39* ^O und 42 bilden einen ersten Getriebezweig,

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der mit dem Spindelmotor 14 antriebsmäßig verbunden ist und dessen Zahnräder damit alle normalerweise kontinuierlich ange^Jbrieben sind. Das Spindel zahnrad 37 wird über ein Zahnrad 44 angetrieben, das im oberen Ende der Hohlwelle 12 eingebaut ist. Das Zahnrad 44 ist innen mit Keilnuten versehen, die mit einer Keilnutwelle 45 zusammenwirken. Diese Keilnutwelle 45 trägt ein Zahnrad 46, das mit einem Zahnrad 47 kämmt, das seinerseits drehbar auf einer Welle 43 angeordnet ist. Das Zahnrad 47 wirkt mit einem Zahnrad 48 zusammen, das auf der Welle 4l befestigt ist. Das Zahnrad 44 besitzt eine Zahnzahl, die mit der Zahnzahl des Zahnrades 37 in einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis steht, das unter anderem abhängt von der Anzahl der nachfolgend näher beschriebenen Vorsprünge auf der Spindel und der Anzahl der Anschläge oder Ausnehmungen des Sperrades 49, das nachfolgend näher beschrieben wird. Wenn für jeden Zahn des Zahnrades 44 auf dem Zahnrad 37 jeweils zwei Zähne vorgesehen sind und zwei Vorsprünge an der Spindel vorhanden sind, so wird bei jeder Umdrehung des Sperrades 4-9 dieses mit dem Auftreten einer der Vorsprünge in einer vorbestimmten Stellung übereinstimmen. Wenn nur eine vorbestimmte Stellung oder nur ein Vorsprung verwendet wird, besitzen die beiden Zahnräder 37 und 44 die gleiche Zahnzahl. Die Zahnräder 44, 46, 47 und 48 bilden einen zweiten Getriebezweig des Getriebes 36, der kontinuierlich und in Reihe in Eingriff steht mit dem Spindelzahnrad

Das Getriebe 36bbesitzt Kupplungen, mit welchen wahlweise der erste mit dem zweiten Getriebezweig kuppelbar ist. Es sind zwei getrennte Kupplungen vorgesehen. Beim Einschalten der einen Kupplung wird ein erstes Übersetzungsverhältnis eingestellt und beim Einschalten der zweiten Kupplung ein zweites Übersetzungsverhältnis. Beim gleichzeitigen Einschalten beider Kupplungen wird das Getriebe verriegelt und damit auch die Spindel gegen Verdrehen gesichert und damit wird eine Spindelbremse gebildet. Die erste Kupplung besitzt ein Drehteil 50

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das am Zahnrad 4θ befestigt ist und das mit dem angetriebenen Teil 51 zusammenwirkt, das mit der Welle 4l verkeilt ist. Wenn keine der Kupplungen eingeschaltet ist, werden beide Wellen 38 und 43 angetrieben und wenn die erste Kupplung 50, 51 wirksam ist, wird die Welle 41 und damit auch das Zahnrad 48 angetrieben und so der zweite Getriebezweig wirksam. Dies ist der Bereich mit der niedrigeren Drehzahl. Die zweite Kupplung besteht aus dem Teil 52, das mit der normalerweise umlaufenden Welle 43 verkeilt ist und auch dieser Kupplungsabschnitt dreht sich damit normalerweise kontinuierlich. Der damit zusammenwirkende andere Abschnitt 53 dieser Kupplung ist an dem Zahnrad 4-7 des zweiten Getriebezweiges befestigt. Wenn daher die zweite Kupplung 52, 53 wirksam ist, wird der zweite Getriebezweig über das Zahnrad 42, die Welle 43, die Kupplung 52, 53 und das Zahnrad 47 angetrieben. In dieser Betriebsstellung wird die höhere Drehzahl wirksam. Beim Einschalten beider Kupplungen wird das Getriebe verriegelt und damit die Spindel I3 gebremst. Die Wellen 4l und 43 sind mit geeigneten Anschlüssen 54 und 55 versehen, durch welche den Kupplungen Energie zugeführt wird.

Die eigentliche Spindelverriegelungsvorrichtung 56 zum Verriegeln der Spindel in einer vorbestimmten Winkelstellung umfaßt ein Sperrad 49, dessen Einzelheiten in Figur 2 dargestellt sind. Das Sperrad 49 ist mit der Welle 45 verkeilt und besitzt einen zunächst getrennten Führungsabschnitt" 57 mit einem kreisförmigen Umfangsrand, in welchem eine oder mehrere Ausnehmungen 58, 59 vorgesehen sind. Ein Sperrglied in Form eines Kniehebels und einer Rolle öl läuft am äußeren Umfangsrand des Sperrades bzw. wird von diesem zurückgehalten. Eine solche Zurückhaltebewegung erfolgt durch einen Strömungsmittelmotor 62, der eine Antriebsstange 63 und einen damit verschraubten Gabelkopf 64 aufweist und der damit gelenkig mit dem Sperrglied 60 verbunden ist. Wenn der Stellmotor 62

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eingeschaltet ist, wird die Rolle 6l gegen den Umfangsrand des Sperrades gedrückt und gewöhnlich befindet sich die Rolle 6l dann bereits schon teilweise in Fluchtung mit den Ausnehmungen 58 oder 59» so daß über den Antrieb des Motors 62 die endgültige genaue Stellung der Spindel 1J5 erreicht wird. An der Kolbenstange 63 ist ein Arm 65 befestigt, der mit einer Signaleinrichtung in Form eines Schalters 66 zusammenwirkt und durch welche angezeigt wird, daß die Rolle ihre endgültige Stellung erreicht hat. Durch weitere Signaleinrichtungen in Form des Schalters 67 wird angezeigt, daß die Rolle' ihre vollständige zurückgezogene Stellung einnimmt. Der Schalter ist vorzugsweise ein Teil des Schaltkreises zum Freigeben des Werkzeuges, wie dies nachfolgend näher erläutert wird.

Die Hohlwelle 12 besteht aus einem länglichen Rohrteil 68, das in der Bohrung l6 gleitend verschiebbar geführt ist, und aus einem zweistückigen Kopfteil 69, 70, das durch die Schrauben 68 zusammengehalten wird. Die Mutter 23 ist über die Schrauben 71 am oberen Ende 70 der Hohlwelle 12 befestigt. Die Spindel Ij5 wird an ihrem oberen Ende über Lager 72 unterstützt, die innerhalb des Abschnittes 70 der Hohlwelle nahe dem Spindelzahnrad 37 angeordnet sind. Das Rohrteil 68 besitzt eine Zylinderbohrung 73 mit einem Kolben "Jk, der durch eine die Spindel I3 umgebenden und zwischen einer Schulter innerhalb des Rohrteils 68 und des Kolbens Jh wirkenden Feder 75 nach oben vorgespannt ist. Die Nach-oben-Bewegung des Kolbens Jh wird durch das Zusammenwirken des Kolbens mit dem unteren Ende des Hohlwellenabschnittes 69 begrenzt. Der Außendurchmesser des Kolbens Jh ist abgestuft, ebenao der Innendurchmesser des benachbarten Hohlwellenabschnittes. Zusätzlich sind noch entsprechende Dichtungen vorgesehen.

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Der ringförmige Kolben. "Jh wirkt auf einen Betätigungsmechanismus j6_s der gebildet wird durch eine Hülse 77» die verschiebbar auf der Spindel I3 angeordnet ist und durch die Feder hindurch eine normalerweise etwas axial im Abstand von der unteren Fläche des ringförmigen Kolbens Jh liegt, \lenn der Kolben Jh nach unten verschoben wird, drückt dieser auch die Hülse 77 -nach unten. Am unteren Ende des Betätigungsmechanismus 76 ist eine Betätigungsstange 78 vorgesehen, dessen Kopfteil 79 gleitend in der Spindel 13 geführt ist und die in Richtung nach oben durch Federscheiben 8O vorgespannt ist, die zwischen der Spindel und dem Kopf 79 der Betätigungsstange wirken. Durch den Kopf 79 sowie durch vertikale Längsschlitze in der Spindel IJ erstreckt sich ein Stift 8l, der in das untere Ende der Hülse 77 hineinragt und damit eine radiale Stiftverbindung zwischen der Hülse 77 und der Stange 78 des Betätigungsmechanismus 76 bildet. Die Vorspannung des Betätigungsmechanismus 76 durch die Feder 8O nach oben wird damit begrenzt durch das Zusammenwirken des Stiftes 8l und des Endes des Schlitzes 82 beim Vorhandensein eines Werkzeuges, wie dies nachfolgend näher erläutert wird.

Über ein Tachometer 82 wird die Drehgeschwindigkeit des Motors lh festgestellt und dieser Tachometer ist Teil der Steuereinrichtung, die nachfolgend näher erläutert wird. Der Stift 8l wird durch eine in eine Radialnut dieses Stiftes hineinragende Stellschraube 84 gehalten.

Figur 3 zeigt den oberen Abschnitt der Hohlwelle 12 und der Spindel 13. im Detail, insbesondere Einzelheiten der Abdichtung des ringförmigen Kolbens "Jh und der zugehörigen Kammer. Zusätzlich zur Anzeigevorrichtung 25, durch welche die Spindeldrehung festgestellt wird, ist noch ein Spindelfühler 85 vorgesehen, der durch eine Stellschraube 86 am oberen Ende der Spindel 13 befestigt ist. Dieser Fühler 85 ist als Ring ausgebildet, der eine Ausbuchtung 85 an der Stelle aufweist, an

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welcher in der Figur die Bezugslinie dieser Bezugsziffer gezeichnet ist. Beim Drehen dreht sich diese Ausbuchtung an einem Lufteinlaß 89a vorbei und schließt diesen momentan ab. In den den Fühler 85 aufnehmenden Raum wird, wie schematisch angedeutet, über ein mit einer Luftdruckquelle verbundenes Ventil 87 Luft eingebracht, so daß bei offenem Ventil 87 und bei sich drehendem Fühler 85 jedesmal dann, wenn die Ausbuchtung 85 des Fühlers sich an dem Lufteinlaß 89a vorbeibewegt, eine Änderung des Luftdruckes auftritt, die durch eine druckempfindliche Einrichtung gefühlt wird, so daß hierdurch über einen Druckschalter 88 Impulse erzeugt werden, die zur Steuerung der Einrichtung im Sinne der nachfolgenden Beschreibung dienen. Die Stellschraube 86 ist über einen Luftauslaß 89 zugänglich.

Figur 4 zeigt die Anordnung nach Figur 3 von der linken Seite und zeigt zusätzlich Schmierkanäle 90 zum Schmieren des Kolbens fh. Zusätzlich ist noch gegenständlich eine Labyrinthdichtung 91 dargestellt. Über einen Druckmitteleinlaß 92 kann Druckmittel in eine Ringnut 93 an der Oberseite des Kolbens 7^ zugeführt werden und damit kann Druckmittel der oberen Fläche des Kolbens lh zugeführt werden, sobald dessen Bewegung begonnen hat.

Figur 5 zeigt die Lagerkonstruktion für das untere Ende der Spindel 13 innerhalb der Hohlwelle 12. Die Spindel 13 besitzt ihren größten Durchmesser am untersten Ende und allmählich abnehmenden Durchmesser in Längsrichtung. Vor dem Zusammenbau wird auf die Spinde.l 13 eine Mutter 94 aufgeschraubt und zwar zusammen mit einem Haltering 95* wodurch eine einstellbare und nach unten gerichtete Schulter gebildet wird, die mit einer Labyrinthdichtung 96 zusammenwirkt, die ihrerseits mit einem Axialdrucklager 97 in Berührung steht. Das Lager überträgt nach unten gerichtete Kräfte von der Spindel 13 auf

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die Hohlweile 12 und dieses Lager 97 unterstützt damit alle Teile der Konstruktion, die von der Spindel 13 getragen werden, wenn kein Schneidvorgang durchgeführt wird. Die äußere Lauffläche des Lagers 97 liegt an einem Rohrteil an und die innere Lauffläche des Lagers 97 wirkt mit einem kleineren Röhrteil 99 zusammen. Diese Rohrteile 98 und liegen jeweils an dem äußeren bzw. inneren Laufring eines Axialdrucklagers 100 an, dessen Laufflächen mit den entsprechenden Laufflächen eines weiteren Axialdrucklagers zusammenwirken. Ein Flansch 102 der Spindel 13 wirkt über eine Labyrinthdichtung 10J gegen die innere Lauffläche des Lagers 101 und die innere Lauffläche des Lagers 100 und überträgt damit beim Schneidvorgang die Belastungskräfte auf die äußeren Laufflächen am unteren Ende der Hohlwelle 12 über das äußere rohrförmige Abstandteil 98 und den äußeren Laufring des Lagers 97 und die Labyrinthdichtung 96 auf eine innere Schulter der Hohlwelle 12. Die Teile 96 bis und 103 werden durch einen Ring 104 in der dargestellten Lage gehalten. Ein eventuelles axiales Spiel der Spindel wird durch die Stellmutter 9^ ausgeglichen.

Nach Figur 6 besitzt die Spindel I3 einen konischen Sockel zur Aufnahme eines Werkzeuges oder eines Werkzeugadapters mit einer entsprechenden konischen Außenfläche. Das Werkzeug 106 besitzt zwei im Abstand voneinander angeordnete Flansche 107 und 108 mit einer dazwischenliegenden Nut 109 und einen darunter liegenden geraden zylindrischen Abschnitt 110, mit welchem das Werkzeug in einen Werkzeugwechsler eingesetzt werden kann. Die Flansche IO7 und 108 sind mit Schlitzen und 112 versehen und zwar an diametral gegenüberliegenden Seiten und die Spindel 13 ist mit zwei nach unten vorspringenden Vorsprüngen versehen, die in diese Schlitze 111, 112 hineinragen und damit eine Antriebsverbindung für das Werkzeug 106 herstellen. Vorzugsweise werden zwei derartige Vorsprünge * 114 verwendet, um Ungleichmäßigkeiten zu vermeiden. Es

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kann aber auch nur ein einziger Vorsprung verwendet werden, wenn diese Ungleichmäßigkeit entsprechend berücksichtigt wird. Wenn ein automatischer Werkzeugwechsler ein Werkzeug 106 in dieser Art der Spindel IJ anbietet, muß der Werkzeugwechsler das Werkzeug mit den Schlitzen 111, 112 nicht nur in einer geeigneten Ausrichtung zuführen, sondern es ist auch nötig, daß die Spindel 13 in der richtigen Winkelstellung angehalten wird, so daß die Vorsprünge HJ, 114 auch tatsächlich mit den Schlitzen des Werkzeuges fluchten und von diesen aufgenommen werden können.

Nimmt man an, daß die vorbestimmte Haltestellung für die Spindel und insbesondere auch für die Vorsprünge 113» H^ dieser Spindel in der 3-Uhr- und 9-Uhr-Stellung gegeben ist, so ist es nötig, daß die Ausnehmungen 58* 59 nach Figur 2 so angeordnet sind, daß diese Stellung der Vorsprünge gerade jeweils genau erreicht wird. Der Ringabschnitt 57 ist zu diesem Zweck einstellbar, so daß beim Zusammenbau der Werkzeugmaschine die richtige Einstellung bereits in der Fabrik durchgeführt werden kann und zwar unter Verwendung von Winkeleinstelleinrichtungen 115· Wenn die gewünschte Einstellung gefunden ist, werden die Einstelleinrichtungen 115 nicht nur festgelegt, sondern sie werden in ihrer Wirkungsweise auch dadurch ausgeschaltet, daß zwei Löcher gebohrt und darin zwei Stifte 116 eingesetzt werden.

Nach Figur 6 sind vorzugsweise zwei Klemmteile II7 und II8 zum Halten des Werkzeuges 106 in der dargestellten Stellung vorgesehen. Jedes Klemmteil 117* H8 ist schwenkbar, über Stifte 119, 120 angeordnet und zwischen der in Figur 6 dargestellten Klemmstellung des Werkzeuges und der in Figur 7 dargestellten Freigabestellung kippbar. Auf das untere Ende der Betätigungsstange 78 ist nach Figur 5 ©in länglicher

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geschlitzter Block 121 aufgeschraubt, der die gegenüberliegenden Enden der Schwenkstifte 119, 120 aufnimmt und der gleitend innerhalb der Spindel 13 geführt ist. Jedes Klemmteil 117, 118 besitzt Noekenflachen 122 und 12^. Unmittelbar unterhalb der Nockenfläche 122 ist ein gerader Abschnitt vorgesehen. Wenn die Klemmteile 117* HS in der Freigabestellung nach Figur 7 durch den die unterste Stellung einnehmenden Betätigungsmechanismus j6 geschwenkt sind, werden die oberen Enden dieser Klemmteile in einer entsprechenden Ausnehmung oder Nut aufgenommen. Wenn das Druckmittel vom Kolben 74 entlastet wird, bewegt sich der Betätigungsmechanismus 76 unter dem Einfluß der Feder 80 nach oben und zieht damit die Klemmteile 117* II8 nach oben, so daß die Nockenflächen 122 mit den Anschlägen 125 in der Spindel zusammenwirken und dadurch die oberen Enden der Klemmteile aufeinander zu von der in Figur 7 dargestellten Stellung in die Stellung nach Figur 6 geschwenkt werden. Eine weitere Nachoben-Bewegung bewirkt das Zusammenwirken des geraden Abschnittes 124 mit einer Verriegelungsfläche, die unmittelbar oberhalb des Anschlages 125 ausgebildet ist.

Wenn der Betätigungsmechanismus J6 die Klemmteile 117* H8 aus der in Figur 6 dargestellten Stellung in die Stellung nach Figur 7 nach unten bewegt, um hierdurch das Werkzeug freizugeben, greifen die Nockenflächen 123 am unteren Ansehlag 126 an, sobald der gerade Abschnitt 124 von dem Anschlag 125 freikommt, so daß die.unteren Enden der Klemmteile 117, 118 in Richtung aufeinander zu bewegt werden. Bei Fortsetzung dieser Bewegung nach unten greift ein gerader Abschnitt 127 an jedem der Klemmteile II7, II8 an einer Verriegelungsfläche an, die unmittelbar unterhalb des unteren Anschlages 126 ausgebildet ist und zur Verriegelung der Klemmteile in der Freigäbestellung dient. Wenn die Klemmteile 117* 118 die in Figur 7 dargestellte Stellung einnehmen, ist das

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Werkzeug 106 frei, um aus der Spindel 13 nach unten abzufallen. . ·

Die unteren Enden der Kienunteile 117* Il8 sind so ausgebildet, daß sie mit einer geeigneten Einrichtung am Werkzeug 106 im Sinne der Figuren zusammenwirken können. Einzelheiten dieser hakenartig ausgebildeten Enden der Klemmteile und der entsprechenden Ausbildung des oberen Endes des Werkzeuges als axial nach oben offene Ausnehmung mit nach innen eingezogenen

Verriegelungsrändern sind in der Parallelanmeldung P

(A-304) dargestellt.

Während eines normalen Bearbeitungsvorganges wird das Werkzeug 106 in der in Figur 6 dargestellten Stellung gehalten, die Spindel 13 wird angetrieben und die Hohlwelle 12 wird entsprechend der Programmierung der Werkzeugmaschine nach unten zugestellt und nach Durchführung der Bearbeitung wieder zurückgezogen. Beim dann nötigen Wechsel zu einem anderen Werkzeug wird die beschriebene Vorrichtung in folgender Weise benutzt.

In Abhängigkeit von einem Steuerbefehl, beispielsweise von der numerischen Steuerung, wird von dem die Spindel 13 antreibenden Gleichstrommotor 14 die Speisespannung abgeschaltet und unmittelbar anschließend die Speisespannung wieder mit umgekehrter Polarität angeschaltet, so daß eine dynamische Bremsung erreicht wird. In diesem Zeitpunkt wird außerdem vorzugsweise das Ventil 87 nach Figur 3 eingeschaltet, so daß dem Spindelfühler 85 Luft zugeführt wird. Der durch das Ventil 87 gesteuerte Luftstrom kann selbstverständlich auch kontinuierlich zugeführt werden, wenn, ein entsprechender Steuerschalter eingesetzt wird; die dargestellte Anordnung ist jedoch bezüglich des Luftverbrauches sparsamer. Die

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dynamische Bremsung wird fortgesetzt, bis über den Tachometer 8j5, der beispielsweise einen Zentrifugalschalter'ent-' halten kann, festgestellt wird, daß die Drehzahl des Motors unter einen Wert von 30 Umdrehungen pro Minute gefallen ist, beispielsweise auf einen Wert von 20 Umdrehungen pro Minute. Das dann von dem Tachometer 83 abgenommene Steuersignal, 'das diese Drehzahl anzeigt, wird dann zum Abschalten des dynamischen BremsVorganges verwendet und gleichzeitig wird wieder in Antriebsrichtung Energie dem Gleichspannungsmotor l4 zugeführt, jedoch mit einem geringeren Pegel, der geeignet ist, eine langsame kriechende Drehbewegung des Motors 14 herbeizuführen. In der Zwischenzeit werden über den Spindelfühler 85 Impulse durch die über den Schalter 88 oder eine geeignete äquivalente Einrichtung festgestellten Druckänderungen erzeugt, diese Impulse werden jedoch nicht weiter, ausgenutzt. Unmittelbar dann jedoch, wenn der geringere Spannungspegel an den Motor 14 angelegt wird, wird auch der Sbhalter 88 in den Schaltkreis eingeschaltet, so daß der nächste Impuls dieses Schalters 88 bereits ausgewertet wird. Dieser Impuls dient zum Abschalten der Speisespannung des Motors 14 und zum Einschalten der beiden Kupplungen des Getriebes 36, so daß die Spindel 13 in einer vorbestimmten Zeitspännung gebremst wird. Die Dauer dieses Bremsvorganges ist kurz, jedoch genügend groß, um zu gewährleisten, daß die Spindel 13 vollständig zum Stillstand kommt. In diesem Zeitpunkt ist die Rolle 6l etwa ausgerichtet mit einer der Ausnehmungen 58 oder 59 und beim Abschluß des Bremsvorganges wird der Stellmotor 62 eingeschaltet, wodurch die Rolle 6l des Sperrgliedes 60 in die Ausnehmung 58 oder 59 hineinbewegt wird und zwar .mit genügender Kraft, um die Welle 45 zu verdrehen und damit auch die Spindel 13 zusammen mit dem oberen Getriebezweig des Getriebes 36, so daß schließlich die Spindelverriegelungsvorrichtung 56 die in Figur 2 dargestellte Stellung erreicht.

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Wenn die Spinde!verriegelungsvorrichtung 56 die Spindel in die vorbestimmte Winkelstellung gebracht hat, wird über den Schalter 66 ein Signal erzeugt, durch welches Druckmittel dem Einlaß 92 zum Antrieb des Kolbens 7^ in. Richtung nach unten zugeführt wird. Hierdurch werden die Klemmteile 117* 118 aus der in Figur 6 dargestellten Stellung in die Stellung nach Figur 7 bewegt und damit wird dann ein Werkzeugwechsel möglich. Wenn ein neues Werkzeug gemäß Figur 7 eingesetzt ist, und in der in Figur 6 dargestellten Stellung verriegelt ist, wird der Stellmotor 62 der Spindelverriegelungsvorrichtung in entgegengesetzter Richtung betätigt und damit die ^Spindel 13 entriegelt und zur Drehung freigegeben und diese Freigabe der Verriegelung wird über den Schalter 67 angezeigt. Die Werkzeugmaschine ist dann wieder fertig zur Ausführung des nächsten Schneidvorganges.

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Claims

PATEKTANWAI/Γ 8000 MÜNCHEJT 90

mra-ixct. W. GRAF · ATiERFEM>STKASSB

TELEFON 44 48 SS

A - 303

Patentansprüche

,Werkzeugmaschine mit einer zur Aufnahme eines Werkzeuges geeigneten, an einem Maschinenkopf axial verschiebbar angebrachten Antriebsspindel und einem damit antriebsmäßig verbundenen Spindelmotor, gekennzeichnet durch eine am Maschinenkopf (10) angebrachte mechanische Spindelverriegelungsvorrichtung (56) zum Festlegen der Spindel (I3) in einer vorbestimmten Winkelstellung nach dem Abschalten des Sindelmotors (14).
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurcii gekennzeichnet, daß die Spindelverriegelungsvorrichtung (56) ein zusammen mit dem Spindelmotor (14) angetriebenes Sperr-Rad (4-9) mit mindestens einem Sperranschlag (58, 59) an seinem Umfang sowie ein in und außer Eingriff mit diesem Sperranschlag verbringbares Sperrglied (βθ) umfaßt.
3· Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sperr-Rad (49) Einstellvorrichtungen (115) zum Voreinstellen der vorbestimmten Winkelstellung der Spindel (I3) zugeordnet sind.
4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß das Sperr-Rad (49) mehrere Sperranschläge (58, 59) umfaßt und gegenüber der Spindel (13) mit einem festen Übersetzungsverhältnis angetrieben ist und die Anzahl der vorbestimmten Winkelstellungen so gewählt ist, daß das Sperrglied (60) mit

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den Sperranschlägen (58, 59) jeweils in diesen vorbestimmten Stellungen übereinstimmt.
5· Maschine nach Anspruch 2 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied (βθ) durch einen Strömungsmittelmotor (62) hin und her verschiebbar ist.
6. Maschine nach Anspruch 2 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied (6o) einen Kniehebel (63, 6k) umfaßt, der eine mit den Sperranschlagen (58, 59) zusammenwirkende Rolle (61) trägt.
7. Maschine nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Verriegelungsvorrichtung (56)* daß die Spindel (15) wahlweise in einer von zwei vorbestimmten Winkelstellungen, die um l8O ° gegeneinander versetzt sind, festlegbar ist.
8. Maschine nach Anspruch 1 bis 7* gekennzeichnet durch Einrichtungen (66, 67) zum Anzeigen mindestens einer Stellung des Sperrgliedes (60).
9. Werkzeugmaschine, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (I3) in einer Hohlwelle (12) drehbar angeordnet ist, die ihrerseits über einen Motor (I5) am Maschinenkopf (10) axial verschiebbar ist, und in der Spindel mindestens ein hin und her verschiebbares Klemmteil (117* II8) zum antriebsmäßigen Festlegen eines Werkzeuges (IO6) in

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dieser Spindel vorgesehen ist, das mit einem Betätigungsmechanismus (7β) antriebsmäßig verbunden ist, sowie mit einem druckmitte] betätigten Betätigungskolben (74) innerhalb der Hohlwelle (12) zum Antrieb des Betätigungsmechanismus (76)·
10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch ge-, kennzeichnet, daß der Betätigungskolben (74) ringförmig ausgebildet und innerhalb einer Bohrung (73) in der Hohlwelle (12) dicht eingesetzt ist und die Spindel (13) umgibt.
11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzei chnet, daß sowohl die Hohlwellenbohrung (73) als auch der Außendurchmesser des Kolbens (74) abgestuft und dadurch Druckkammern gebildet sind.
12; Maschine nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (13) von einer zwischen der Hohlwelle (12) und dem Kolben (74) entgegen der beim Antrieb des Betätigungsmechanismus (76) auftretenden Kolbenbewegung wirkenden Feder (75) umgeben ist.
13. Maschine nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (76) eine Hülse (77) umfaßt, die durch den Betätigungskolben (74) verschiebbar ist und die Spindel (13) umgibt, und innerhalb der Spindel (13) eine mit dem Klemmteil (117* II8) verbundene Betätigungsstange (78) angeordnet ist und zwischen der Hülse (77) und der Betätigungsstange (78) eine radiale

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Stiftverbindung (8l) vorgesehen ist, die sich durch einen Längsschlitz (82) in der Spindel (13) erstreckt.
14. Maschine nach Anspruch 9 bis IJ, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Spindel (IJ) eine zwischen dieser Spindel und dem Betätigungsmechanismus (76) wirkende Feder (80) vorgesehen ist, gegen welche der Kolben (7*0 bei seinem Antrieb des Betätigungsmechanismus (76) wirkt.
15. Maschine nach Anspruch 14, dadurch g e- ~kennze i chne t, daß diese Feder (80) die Betätigungsstange (78) umschließt'.
16. Maschine nach Anspruch 9.bis 15* dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsverbindung zwischen Hohlwellenmotor (15) und Hohlwelle (12) eine mit der Hohlwelle (12) drehfest verbundene Mutter (25) und eine durch den Motor (15) antreibbare Schraube (22) zum Hin- und Herverschieben dieser Mutter (23) umfaßt, -wobei diese Schraube (22) in einer Axialbohrung der Spindel (Γ3) aufgenommen ist, und zwar im wesentlichen etwa über die gesamte Länge der Betätigungshülse (77)«
17· Maschine nach Anspruch 9 bis l6, dadurch g ekennzei chnet, daß zwischen dem unteren Ende der Hohlwelle (12) und der Spindel (lj5) ein erstes Lager (97) zur Aufnahme der Massenkräfte der Spindel, des Betätigungsmechanismus und des Klemmteiles im unbelasteten Zustand und ein zweites Lager (100, 101) zur Übertragung der Axialkräfte des Werkzeuges auf die Spindel während des Betriebes vogesehen ist.

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18. Maschine nach Anspruch 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmteil (117, 118) schwenkbar am Ende des Betätigungsmechanismus (76", 78) angebracht ist und ihm zwei Nockenflächen (122, 127) jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Schwenkachse zugeordnet sind und in der Spindel (lj5) im Abstand voneinander angebrachte Anschläge (125, 126) ausgebildet sind, die jeweils bei der Hin-und Herbewegung des Betätigungsmechanismus mit diesen Nockenflächen zusammenwirken und durch welche die Klemmteile zwischen der Werkzeuggreifstellung und der Werkzeugfreigabestellung bewegbar sind.
19. Maschine nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spindel (15) zwei Verriegelungsflächen jeweils oberhalb und unterhalb der Anschläge ausgebildet sind, durch welche die Klemmteile (117* 118) in der Werkzeugverriegelungs- bezw. Werkzeugfreigabestellung gehalten werden.
20. Maschine nach Anspruch 9 bis 19* dadurch gekennzei ehnet, daß zwei in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung entgegengesetzt radial bewegbare Klemmteile (117, II8) vorgesehen sind.
21. Maschine nach Anspruch 1 bis 20, gekennzeichnet durch mindestens einen radial versetzt und axial von der Spindel (Γ3) abstehenden Vorsprung 114), der mit einem.eingesetzten Werkzeug (106) zu dessen drehfesten Verbindung zusammenwirken kann.
22. Maschine nach Anspruch 1 bis 21, gekennzeich net durch einen Fühler (25* 85) zum Bestimmen der Spindelstellung und zum Steuern der

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Spindelverriegelungsvorrichtung (56).
23· Maschine nach Anspruch Ibis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelverriegelungsvorrichtung (56) Steuerschalter (66,67) zugeordnet sind, durch welche der druckmittelbetätigte Kolben (74) steuerbar ist.
24. Verfahren zum Anhalten einer Werkzeugmaschinenspindel in einer vorbestimmten Winkelstellung, insbesondere bei einer Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 Ms 23, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Antriebskraft des Gleichstrom-Spindelantriebsmotors weggenommen und in umgekehrter Richtung zur dynamischen Bremsung wieder angelegt wird, dann über ein Steuersignal, das kurz vor dem vollständigen Anhalten gewonnen wird, die dynamische Bremsung abgeschaltet wird, ferner pro Spindelumdrehung ein Steuersignal gewonnen wird, schließlich eine geringere Antriebskraft über den Antriebsmotor zwecks einer verlangsamten kriechenden Drehbewegung angelegt wird und das darauf folgende Steuersignal der Spindel dazu ausgenutzt wird, um diese geringere Antriebskraft wegzunehmen und die . Spindelbremse während einer vorbestimmten Zeitdauer wirksam werden zu lassen, und schließlich die Spindelverriegelung wirksam werden zu lassen.

25· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal des Motors dann erzeugt wird, wenn dieser mit einer Drehzahl unterhalb 30 Umdrehungen pro Minute läuft.

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