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Titel: Werkzeugwechseleinrichtung Anwendungsgebiet: Die Erfindung
betrifft eine Werkzeuqechseleinrichtung für Arbeitsspindeln an Werkzeugmaschinen
(Universal- u. Sondermaschinen) und Fertigunyssystemen.
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Zweck: An Werkzeugmaschinen und Fertigungssystemen werden Werkzeugwechseleinrichtungen
eingesetzt. Mit Hilfe dieser Einrichtungen sollen die für den Werkzeugwechsel erforderlichen
Nebenzeiten möglichst klein gehalten werden.
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Die Werkzeugwechseleinrichtungen dürfen den Arbeitsraum der Maschine
nur unwesentlich einengen. Außerdem solten sie für eine Vielzahl unterschiedlicher
Werkzeuge einsetzbar sein.
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Stand der Technik Literatur mit Fundstellen: 1 Saljé, E.: Elemente
der spanenden Werkmaschinen. München: C. Hanser Verlag, 196-S 2 Simon, W.: Die nvmerlsche
Steuerung von Werkzeugmaschinen. München: C. Hanser Verlag, 1971
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Herold, H.-H., W. Maßborg, G. Stute: Die numerische Steuerung in der Fertigungs
technik. Düsseldorf: VDI-Verlag, 1971 4 Dietze, U.: Ein Beitrag zur wirtschaftlichen
Organisation des werkzeugwechsels und der Werkzeuywirtschaft in automatischen Maschinenfließreihen.
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Diss. TH Karl-Marx-Stadt, 1965 5 Salje, E.: Tool change divices for
nummerically controlled machine tools.
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Engl. Veröffentlichung in: Advances in machine tool design and research
1969, Pergamon Press, Oxford & New York 1970, S. 713 - 727 Mit Hilfe automatischer
Werkzeugwechseleinrichtungen wird die Ausnutzung und Wirtschaftlichkeit moderner,
kapitalintensiver Werkzeugmaschinen (Universal- u. Sondermaschinen) erhöht / 1,
S. 298~7. Bisher ausgeführte Werkzeugwechseleinrichtungen für Werkzeugmaschinen
spindeln arbeiten nach folgenden Prinzipien: Abholprinzip / 2, S. 218 ff]: a) Die
Arbeitsspindel fährt zum Magazin, legt das gebrauchte Werkzeug ab und entnimmt das
neue Werkzeug.
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b) [5, S. S. 715 ff]: Das Magazin fährt zur Arbeitsspindel, übernimmt
das gebrauchte Werkzeug und übergibt das neue Werkzeug der Arbeitsspindel.
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Kritik: Für den Werkzeugwechsel ist eine relativ große Nebenzeit erforderlich,
weil die Arbeitsspindel aus dem Arbeitsraum der Maschine herausfahren, das Werkzeug
wechseln und erneut in den Arbeitrm fahren muß bzw. weil das Magazin oder ein Greifersystem
an den Werkzeugträger
heran- und wieder zurückfahren muß.
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Der Bewegungsablauf aller Werkzeugwechselphasen erfolgt nacheinander.
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Mehrfachspindelkopf 2, S. 225, 226; 3 S. 177, 183, 184 /: Mit Hilfe
des Mehrfachspindelkopfes können durch Schalten des Spindelkopfes mehrere (2 bis
6) Spindeln mit unterschiedlichen Werkzeugen nacheinander zum Einsatz gebracht werden.
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Kritik: Für viele Bearbeitungsaufgaben reicht die Anzahl der wählbaren
Werkzeuge nicht aus, so daß zusätzlich eine weitere Werkzeugwechseleinrichtung vorgesehen
werden muß. Die Mehrfachspindelköpfe erfordern einen großen konstruktiven Aufwand
und engen den Arbeistraum der Maschine u.U. ein. Die Umschlaggenauigkeit des Mehrfachspindelkopfes
beeinflußt die ArbeSsgenauigkeit der Maschine. Der Mehrfachspindelkopf erfordert
die Lösung einer Reihe konstruktiver Schwierigkeiten, die sich aus dem begrenzten
Bauraum ergeben, der für Spindellagerungen, Spindelantriebe, Spindelkopfschaltantrieb,
-indexierung und -klemmung zur Verfügung steht.
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Einfachgreifersvstem r 3, S. 177, 180]: Mit Hilfe eines Greifers
wird das alte Werkzeug der Arbeitsspindel entnommen und im Magazin abgelegt. Das
neue Werkzeug wird mit Hilfe desselben Greifers dem Magazin entnommen und in die
Arbeitsspindel eingesetzt.
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Kritik: Für den Werkeugwechsel ist eine relativ große Nebenzeit erforderlich,
weil alle Werkzeugwechselphasen nacheinanaer erfolgen.
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Doppelmagazin / 3, S. 180 /: Zwei Greifer arbeiten gleichzeitig,
von denen der eine das alte Werkzeug der Spindel ent.-nimmt und im Ablagemagazin
ablegt. Der andere Greifer entnimmt das neue Werkzeug einem zweiten Magazin und
setzt es in die Spindel ein.
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Kritik: Die Lösung erfordert 2 Magazine und 2 Greifer systeme, die
den Arbeitsraum der Maschine u.U.
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wesentlich einengen.
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Doppelgreifersystem [1, s. 302; 2, S. 223 ff; 3, S. 178 ff]: Die
eine Zange des Doppelgreifers faßt das alte Werkzeug in der Spindel die andere das
neue im Magazin. Durch achsiale Bewegung des Greifers werden Leide Werkzeuge gleichzeitig
entnommen, lurch Drehen ausgetauscht und durch erneute achsiale Bewegung an Spindel
und Fiagazin übergeben. Nach dem Lösen der Greifzangen kann die Bearbeitung fortgesetzt
werden.
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Kritik: Der Werkzeugwechsel erfordert verhältnismäßig lange Nebenzeit.
Der Doppelgreifer engt u..
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den hrheitsraum. der Maschine ein.
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Werkzeugwechselcinrichtung für Zahnkantenabrundfräser durch die hohle
Arbeitsspindel [4, anlage 4/3]: Scharfe Azhnkantenabrundfräser werden durch die
hohle Arbeitsspindel in Bearbeitungspositiven gebracjt.
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Kritik: Die Anwendungsmörtlichkeiten sind auf einen Werkzeugtyp beschränkt.
Das alte Werkzeug fällt in einen Sammler oder in den Spänekasten.
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Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugwechseleinrichtung
zu schaffen, die eine Vielzahl unterschiedlicher Werkzeuge in möglichst kurzer Zeit
an der Werkzeuaaufnahme der Werkzeugmaschinenspindel auswechseln kann und den Arbeitsraum
aer Maschine nicht einengt.
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Lösung: Diese Aufgabe wird erfindungsgernäß dadurch gelöst, daß das
neue Werkzeug hinter der Maschine dem Werkzeugmagazin entnommen und von hinten durch
die hohle Arbeitsspindel der Werkzeugaufnahme zugeführt wird. Ein Greifer entnimmt
das alte Werkzeug der Werkzeugaufnahme der Arbeitsspindel, transcortiert diesen
hinter die Maschine, WO er es im Magazin ablegt. Die unterschiedlichen Werkzeuge
werden in einem normierten Halter befestigt, der seinerseits in der Werkzeugaufnahme
der Spindel fest gespannt wird.
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Weitere Ausge- Die Werkzeugaufnahme an der Arbeitsspindel ist staltung
der Erfindung. so gestaltet, daß auch Werkzeuge, die sich nicht durch die hohle
Arbeitsspindel hindurchschieben lassen (s.B. große Messerköpfe), an der Spindelnase
aufgenommen werden kö nen.
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Erzielbare Die durch die Erfindung erzielten Vorteile Vorteile: bestehen
insbesondere darin, daß sich der Werkzeugwechsel durch einen einfachen Bewegungsablauf
und in wesentlich kürzerer Zeit als bei herkömmlichen Werkzeugwechseleinrichtungen
üblich, verwirklichen l--;rt.
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dem werden die Zuführbewegung des pc-vlen
Werkzeugs
und die Abführbewegung des alten Werkzeugs vcn unterschiedlichen Bauteilen ausgeführt.
Das neue Werkzeug wird immer mit einer sauberen Spannfläche (frei von Spänen und
Kühlmittel o.ä.) in die Werkzeugaufnahme der Arbeitsspindel eingesetzt, weil der
Trar.sport des neuen Werkzeuges nicht durch den Arbeitsraum der Maschine erfolgt,
in dem u.U. gleichzeitig andere Werkzeuge spanende Bearbeitung ausführen Der Arbeitsraum
der Maschine wird nur unwesentlich eingeengt, weil alle Bauteile des Werkzeugechsiers
hinter der Maschine angeordnet sind.
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Beschreibung: Einige Ausführungsbeispiele sind in skizze dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben: Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau
der Maschine (Gestell 18, Kreuztisch 17, Werkstück 16, Ständer 14, Spindelkasien
15 und Spindel 7). In die Spindel 7 ist eine Spannzange 4 eingesetzt, die durch
den Spannring 5.0 geschlossen wird und dadurch den normierten Halter 2 mit der Bohrstange
3 spannt. Die achsiale Spannkraft des Seannringes 5.0 wird durch die Federpakete
5.2 aufgebracht, die sich auf die in Spindel 7 geschraubten Zuganker 5.1 abstützen.
Ds kintspannen des norflierten Halters 2 erfolgt nzit Hilfe der Hydraulikzylinder
8. 1, die sich am Spindelkasten 15 abstützen. Die Hydraulik kolben 8.2 wirken über
den Andruckring 6.0 und die Stehbolzen 6.1 auf den Spannring 5.0 und bewegen diesen
gegen di Federkraft der Federpakete 5.2 nach rechts, so daß sich die federnde Spannzange
4 öffnet und das alte Werkzeug vom Greifer 9 aus der Aufnahme in
achsialer
Richtung entnommen werden kann.
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Das Federpaket 6.2 führt den Andruckring 6.0 nach dem Rückhub der
Kolben wieder in die Ausgangslage zurück.
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Ablauf des Werkzeuawechsels: Während das alte Werkzeug am Werkstück
16 arbeitet, befindet sich die Transportstange 1 und der Kolben des Antriebszylinders
12 links in Ausgangsstellung. Durch' Takten des Ma gazins 10 wird das neue Werkzeug
vorgewehlt, indem es in die Position vor der Transportstange 1 gebracht wird. Nach
dem Ende der Bearbeitung mit dem alten Werkzeug fährt der Antrieb 13 die Rückführstange
11 um den Weg A nach rechts (Fig. 2), anschließend dreht er die Stange um den Winkel
w . Nach erfolgter Drehung fährt der Greifer 9 (Fig. 1,2) aus und faßt das alte
Werkzeug am normierten Halter 2 (Fig. 1). Inzwischen ist die Spannzange 4 (Fig.
1) durch betätigen der Hydraulikzylinder 8 gelöst worden. Die Rückführstange 11
(Fig. 2) fährt um den Weg B nach rechts und entnimmt das alte Werkzeug der Werkzeugaufnahme.
Anschließend schwenkt die Rückführstange 11 (Fig. 2) erneut um den Winkel ç und
fährt um den Weg C nach links und legt das alte Werkzeug mit seinem normierten Halter
2 in einer Leerposition des Magazins 10 (Fig. 2) ab.
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Während des Bewegungsablaufes der Rückführstange 11 (Fig. 2) kann
die Transportstange 1 (Fig. 1) bewegt durch ihren Antrieb 12 (Fig. 1) mit Hilfe
ihrer Klemmxtorrichtung 1.1 Fig. 1) das neue Werkzeug an seinen normierten kalter
2 (Fig. 1) fassen und durch die hohle Spindel 7 (Fig. 1) nach links zur Spannzange
4 (Fig. 1)
bewegen. Das Positionieren des Werkzeuges in achsialer
Richtung erfolgt durch die Transportstange 1 (Fig. 1).
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Nachdem das neue Werkzeug positioniert ist, werden die Hydraulik-Kolben
8.2 (Fig. 1) entlastet, die Federpakete 5.2 (Fig. 1 bewegen den Spannring 5.0 (Fig.
1) und die Spannzange 4 (Fig. 1) schließt. Anschließend zieht der Antrieb 2 (Fig.
1) die Transportstange 1 (Fig. 1) zurück.
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Die Klemmvorrichtung 1.1 (Fig. 1) gibt den normierten Halter 2 (Fig.
1) automatisch frei.
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Die Bewegungsabläufe der Rückführstange 11 (Fig. 2) und der Transportstange
1 (Fig. 1) müssen so aufeinander abgestimmt werden, daß das alte Werkzeug nicht
vom neuen Werkzeug ausgeworfen wird.
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Die Lösung in Fig. 3 sieht vor, daß in der Spindel 7 ein feststehendes
Rohr 19 gelagert ist, in dem mehrere Werkzeuge 3 einschließlich normiertem Halter
2 gespeichert sind. Durch die Nachschubstange 20 werden alle im Rohr 19 befindlichen
Werkzeuge um eine Teilung nach rechts bewegt und das vordere Werkzeug wird in der
Werkzeugaufnahme (Spannzange 4) positioniert. Die Rückführung des alten Werkzeuges
erfolgt mit dem für Fig. 1,2 beschriebenen Bewegungsablauf.
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Die Spindelnase 21 (Fig. 1,2,3) ist so ausgebildet, daß auch Messerköpfe
mit großen Durchmessern, die sich nicht durch die hohle Spindel 7. transportieren
lassen, vorn aufgesetzt werden können.
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Werkzeuge, deren Flugkreisdurchmesser größer als der des normierten
Halters 2 (Fig. 1) ist, die aber noch mit Hilfe des Halters in der Spindel gespannt
werden können, lassen sich durch den Greifer 9 und die Rückführstange 11 (Fig. 2)
dem Magazin 10 (Fig. 2) entnehmen und in die Werkzeugaufnahme der Spindel von vorn
einsetzen. Greifer 9 und Rückführstange 11 arbeiten in diesem Falle nach dem Prinzip
des Einfachgreifers.
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Patentansprüche: Oberbegriff: C Werkzeugwechseleinrichtung für Arbeitsspindeln
an Werkzeugmaschinen (Universalu. Sondermaschinen) und Fertigungssystemen, Kennzeichnender
Teil: dadurch gekennzeichnet, daß das neue Werkzeug hinter der Maschine dem Werkzeugmagazin
entnommen und durch die hohle Arbeitsspindel der Werkzeugaufnahme zugeführt wird
und ein Greifer das alte Werkzeug der Werkzeugaufnahme entnimmt und dieses hinter
die Maschine transportiert, wo er es im Werkzeugmagazin ablegt. Die unterschiedlichen
Werkzeuge werden in einem normierten Halter befestigt, der seinerseits in der Werkzeugnaufnahme
der Spindel gespannt wird.