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Anordnung zum selbsttätigen erkzeugfecllsel an Bohr- und
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Fräsmaschinens insbesondere solchen mit numerischer Steuerung Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum solbsttätigen Übernehmen und Rückführen eines
Werkzeugträgers aus einem bzw. in ein Werkzeugmagazin auf bzw. von seiner konusförmigen
Spannfläche in einer Werkzeug-Maschinenspindel, insbesondere für Bohr- und Fräsmaschinen
mit numerischer Steuerung. Die Anordnung nach der Erfindung erlaubt es, bei numerisch
gesteuerten Bohr- und Fräsmaschinen Werkzeuge vollautomatisch von einem Werkzeugmagazin
auf die an das Werkzeugmagazin herangefahrene Werkzeug-Maschinenspindel zu übernehmen,
darin festzuspannen und nach Arbeitsleistung wieder zu lösen und im Werkzeugmagazin
abzusetzen, um das nächste Werkzeug zu übernehmen.
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Zur Übernahme und zum Absetzen von Werkzeugträgern von bzw. in einem
Werkzeugmagazin ist es bekannt, die Maschinenspindel im Stillstand mit ihrer konischen
Spannfläche so an die konusförmige Spannfläche des Werkzeugträgers heranzuführen
und darauf abzusetzen, daß zwei an der Stirn der Maschinenspindel sitzende Nuten
mit entsprechenden Nutensteinen an einem unterhalb des Spannkonus sitzenden Bund
des Werkzeugträgers in Eingriff kommen, und dann den Kopf des Werkzeugträgers mit
einer in der Maschinenspindel untergebrachten Anzugs stange zu fassen und mittels
eines an der Anzugs stange angreifenden Anzugsmotors in die Maschinenspindel hineinzuziehen,
bis die beiden konischen Spannflächen aufeinander zunSitz kommen .
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Dazu müssen jedoch das Absenken und die Drehung der Wer zeug-Maschinenspindel
so abgestimmt werden, daß die Nuten an der Maschinenspindel und die Nutensteine
am Werkzeugträger beim Aufeinandertreffen genau miteinander fluchten und muß ein
besonderer Anzugsmotor neben dem antrieb der Maschinenspindel vorilanden sein.
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Die Erfindung hat dne Aufgabe, das axial kraftschlüssige Kuppeln der
Naschinenspindel mit dem Werkzeughalter in beliebigen Stellungen der Maschinenspindel
gegenüber dem Werkzeughalter zu ermöglichen und die Werkzeug-Maschinenspindel und
deren Antriebsmotor als Anzugs stange und Anzugsmotor für das Verspannen des konischen
Kopfes des Werkzeugträgers gegen den konischen Sitz in der Werkzeug-Mascinenspindel
zu benutzen.
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Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß an der Stirn der Werkzeug-Maschinenspindel
ein Zahnring und am Werkzeugträger ein damit axial kuppelbarer weiterer Zahnring
vorgesehen sind und am Werkzeugträger außerdem eine um dessen Achse drehbare, in
eines an der Werkzeug-Maschinenspindel angeordnetes Gewinde schraubbare und vom
Werkzeugmagazin über eine Drehmomentbegrenzung festellbare Spannmutter gelagert
ist, derart daß nach dem axialen Kuppeln oder vor dem axialen Entkuppeln der beiden
Zahnringe die durch die Drehung der Werkzeug-Maschinenspindel auf- bzw. ablaufende
Spaunmutter den erkzeugträger gegen die konusförmige Spannfläche der Werkzeug-Maschinenspindel
festspannt oder davon löst.
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Die Erfindung bringt den Vorteil, daß die Werkzeug-Maschinenspindel
in beliebigen Stellungen eines ihrer Umfangspunkte auf den Werkzeugträger auftreffen
und das Kuppeln damit eingeleitet werden kann. Dabei wirkt die Werkzeug-Naschinenspindel
als Anzugsstange für den Werkzeugträger.
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Ihr Antriebsmotor ist zugleich Anzugsmotor zum Restspannen des Werkzeugträgers
in der Maschinenspindel. Eine besonderc Anzugsstange und ein besonderer Anzugsmotor
entfallen.
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Zur Übernahme eines Werkzeugträgers fährt die Maschinenspindel ohne
Drehung auf den vor gewählten erkzeugträger im Magazin zu, bis die Verzahnungen
der Mascinenspindel und des Werkzeugträgers axial ineinander greifen. Anschließend
wird die Maschinenspindel in Drehung versetzt und bewegt sich mit einem der Gewindesteigun'
der Spannmutter entsprechenden Vorschub weiter ruf den Werkzeugträger zu, wobei
ihr Gewinde in das Gewinde der Spannmutter am Werkzeuträger eingeführt wird und
die Maschinenspindel sich in die Spannmutter hineinschraubt und dabei die beiden
konischen Spannflächen Vom Werkzeträger und Maschinenspindel gegeneinander verpannt.
Beim Verspannen wird das für die Drehmomentbegrenztiig des Werkzeugträgers zulässige
Drehmoment überschritten und die Spannmutter zur Drehung im Werkzeugmagazin freigegeben.
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Nunmehr wird die Maschinenspindel still gesetzt und bewegt sich bestückt
mit dem PFerkzeug vom Werkzeugmagazin zum Werkstück. Nach Arbeitsleitung erfolgt
das Absetzen des Werkzeugträgers im Werkzeugmagazin auf dem umgekehrten Weg. Die
Werkzeug-Maschinenspindel wird mit dem Werkzeug träger vom Warkstück abgeführt und
so auf die Ab satzstelle am Werkzeugmagazin hinuntergeführt, daß von der Drehmomentbegrenzung
fixierte Haltestifte in entsprechende Öffnungen der Ilaltemutter eintreten können.
Anschließend beginnt die ilaschinenspindel entgegengesetzt zum Ubernahme-Vorgang
zu drehen, wodurch die Haltemutter von der tIaschinenspindel abgedrückt wird. Dabei
trennen sich die beiden Spanuflächen zwangsläufig und bleibt der Jerkzeugträger
beim weiteren Hochfahren der Maschinenspindel im terkzeugmagazin sitzen. Nunmehr
kann die Naschinenspindel einen mit einem anderen Werkzeug bestückten Werkzeuträger
aus dem Werkzeugmagazin, wie vorhin bescghrieben, übernehmen.
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Alle diese Bewegungen lassen sich automatisch nach Programm steuern,
ohne daß ein Eingreifen von Hand nötig ist.
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Das Gewinde an der ?ierkzeug-Maschinenspindel zum Festziehen der Spannmutter
und der Zahnring zum Kuppeln mit dem Zahnring des Werkzeugträgers können auf einem
besonderen, am
Kopf der Maschinenspindel aufgesetzten Ring in einer
im wesentlichen gleichen Ebene als Außengewinde und Innenverzahnung sitzen. Das
Gewinde kann aber auch als Innengewinde in der AFündung der Maschinenspindel und
der Zahnring darüber als Innenverzahnung eingearbeitet sein. Schließlich ist es
auch denkbar, am Kopf der laschinenspindel einen Stufenzapfen anzusetzen, der auf
seinem größeren Durchmesser ein Außengewinde und auf seinem kleineren, darunter
liegenden Durchmesser einen Zahnkranz (Außenverzahnung) zum Kuppeln mit dem Werkzeugträger
hat, der in diesem Fall eine Innenverzahnung besitzt. In allen Fellen sind Gewinde
und Verzahnung an der Maschinenspindel und am Werkzeugträger einander so zugeorchlet,
daß beim Kuppeln immer zuerst die Verzahnungen axial ineinander greifen und dann
erst die Spannmutter auf das Gewinde an der Gewinde spindel auf läuft.
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Statt die Spannmutter im Werkzeugmagazin mit Haltestiften genen DrM
ung vor Uberschritung eines bestimmten Drehmoments festzustellen, kann man dies
auch mit axial ineinanderschiebbaren Zahnringen erreichen. Dabei kann der eine Zahnring
am Umfang der Spannmutter als Außenverzahnung und der andere Zahnring als Innenverzahnung
an der Innenwand des in diesem Fall mit einem topfförmigen Sitz für die Spannmutter
ausgerüsteten Rings im Werkzeugmagazin vorgesehen sein. Auch bei dieser Lösung wird
der Werzeugträger bei jeder beliebigen Stellung eines seiner Umfangspunkte an der
Drehung bis zur Überschreitung eines bestimmten Drehmoments gehindert, sobald er
auf das Werkzeugmagazin aufgesetzt ist.
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Die Zeichnung bringt ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung nach
der Erfindung und zeigt die einzelnen Elemente kurz vor dem Festspannen des Werkzeuträgers
in der Maschinenspindel und nach dem Fest spannen. Dabei zeigen Fig, 1 einen Axialschnitt
durch die Maschinenspindel1 den Terkzeugträger und seinen Sitz im Werkzeugmagazin
mit Drehmomentbegrenzung vor dem i?estspannen;
Fig. 2 eine Teildraufsicht
auf die WerkzeugMaschinenspindel; Fig. 3 einen Axialschnitt durch die MaschInenspindel
mit festegespanntem Werkzeuträger nach dem Ausheben des Werkzeuträgers aus dem Werkzeugmagazin;
Fig. 4 eine ieildraufsicht auf den Werkzeugträger mit Spannmutter; Fig. 5 eine Teil-Unteransicht
des Werkzeuträgers und Fig. 6 einen Schnitt durch die linke Hälfte eines für die
Anordnung laut Erfindung geeigneten Werkzeugamagazins Die hohle Werkzeug-Mascinenspimndel
10 hat an ihrem Kopf eine konische Öffnung 11 als Sitz für den Gegenkonus 12 des
als ganzes mit 13 bezeichneten Werkzeuträgers. Auf dem Kopf der l-Jascilinenspindel
10 ist mit den Schrauben 14 ein Ring 15 befestigt, der an seinem Innendurchmesser
einen zur Achse der Mascinenspindel 10 koaxialen Zahnring i6 mit Innenzahnung mit
zur Achse der Maschinenspindel 10 parallelen Zahnflanken und außen ein Gewinde 17
trägt.
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Der Werkzeugträger 13 hat am Kopf die bereits erwähnte konische Spannfläche
12, deren Konus der konischen Öffnung 11 der Maschinenspindel 10 entspricht. Am
zylindrischen Schaft 18 des Werkzeugträgers 13 sitzt ein Zahnkranz 19, dessen Teilung
und Zahnform so gewählt sind, daß er sich axial in den Zahnring 16 an der Maschinenspindel
10 einschieben läßt. Um den zylindrischen Schaft 18 ist außerdem eine Spannmutter
20 drehbar auf den vom Sprengring, 21 festgehaltenden ilaltering 22 gelagert. Die
Spannmutter 20 kann ihren axialen Druck über einen Wälzlagerring 23 auf eine Druckplatte
24 übertragen, die gegen die Unterseite des Zahnrings 19 anliegt. Die Spannmutter
20 hat ein Innengewinde 25, das zum Außengewinde 17 des Rings 15 passt und die Verschraubung
der Spannmutter 20 mit dem Ring 15 erlaubt. Der Zannring 19 und das Innen gewinde
25 sind in ihrer Lage längs der Achse des .-Zerkzeugträgers 13 so angeordnet, daß
beim Einführen des Werkzeutrtägers 13 in die Maschinenspindel 10 zunäcllst der Zahnkranz
19 in den Zahnring 16 formschlüssig ein Stück - etwa. tji der Zalinlänge - greift
und dann erst das
Innengewinde 23 der Spannmutter 20 auf das Außengewinde
17 des Rings i5 aufläuft.
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Im Ausführungsbeispiel sitzt der Werkzeugträger 13 auf dem drehbar
mit einer bekannten Drehmomentbegrenzung verbundenen Ring 26 des in Fig. 6 für sich
dargestellten Werkzeugmagazins 27. Dabei greifen zwei mit Kegelspitzen versehene
Haltestifte 28 des Rings 26 in Öffnungen 29, z. B. Bohrungen oder Einpressungen,
der Spannmutter 20 und stellen diese gegen Verdrehung auf dem Ring 26 solange fest,
bis das zulässige Drehmoment überschritten wird, wobei dann der Ring 26 von der
Spannmutter 20 über die Haltestifte 28 mitgenommen wird. Die Öffnungen 29 sind auf
einer mit der Achse der Maschinenspindel 10 konzentrischen Kreisbahn so dicht nebeneinander
gesetzt, daß sie gegenseitig ein geringes Stück ihres Umfangs offen sind und den
Haltestiften 28 auch dann den Eintritt erlauben, falls diese im Augenblick des Auftreffens
auf die Spannmutter 20 nicht genau mittig unter Öffnungen 29 stehen. Das Werkzeugmagazin
27 hat im Ausführungsbeispiel längs seines Umfangs zahlreiche drehbare Ringe 26
zur Aufnahme von Werkzeugträgern 13 angeordnet. Diese Ringe 26 sind mittels Tellerfedern
30 in Augen 31 des Magazinkörpers 32 axial begrenzt verschiebbar drehbar gelagert
und tragen am Rand Zahnkränze 33, die mit einer zentralen Bremsscheibe 34 kämmen,
welche jeden Ring 26 am Drehen hindert, solange das von der Maschinenspindel 10
auf den Ring 26 übertragene Drehmoment unter einem bestimmten Grenzwert bleibt.
Die zentrale Bremsscheibe 34 ist mittels der Rutschnabe 35 an einem zentralen Zapfen
36 des Nagazinkörpers 32 gelagert. Dabei besteht die Fassung an der Rutschnabe 35
aus i den Innenrand der Bremsscheibe 34 umfassenden Reibbelägen 38, deren Reibwerte
durch eine auf die Rutschnabe 35 aufgeschraubte Verstellmutter 39, die über eine
Tellerfeder 40 auf einen auf dem oberen Reibbelag 38 aufliegenden Druckring 41 drückt,
einstellbar sind.
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Bei dieser Anordnung wird der Werkzeugträger 13 wie folgt aus dem
Werkzeugmagazin 27 übernommen:
Zunächst wird die Maschinenspindel
10 axial fluchtend über -den gewänschten Werkzeugträger 13 im Werkzeugmagazin 27
gestellt und dann ohne Drehung abgesenkt, bis kurz nach dem Durchlaufen der in Fig.
1 dargestellten gegenseitigen Stellung der Zahnring 16 auf den Zahnkranz 19 trifft
und sich ein Stück über diesen schiebt. Darauf beginnt die Maschinenspindel 10 zu
drehen, wobei der Vorschub der Steigung des Innengewindes 25 an der Spannmutter
20 entspricht und sich der Werkzeugträger 13 mitdreht. Als nächstes kommen das Innengewinde
25 und das Außengewinde 17 am Ring 15 gegenseitig zum Eingriff. Da in der Regel
die beiden Gewindeanfänge beim Aufeinandertreffen von Ring 15 und Spannmutter 20
nicht genau übereinstimmen, kann der Ring 26 durch Druck auf die Tellerfeder 30
axial ausweichen, bis die Gewinde 17, 25 gegenseitig eingegriffen haben. Mit dem
Eingreifen der Gewinde schraubt sich die Maschinenspindel 10 mit dem sich mitdrehenden
Ring 15 in die Spannmutter 20 hinein. Dabei drehen sich die Maschinenspindel 10
wid der Werkzeugträger 13 gemeinsam und wird der Zahnkranz 19 axial in den Zahnring
16 eingeschoben, bis sich der Gegenkonus 12 am Konus 11 festspannt. Dabei wird an
den die Spannmutter 20 feststellanden Haltestiften 28 sprunghaft ein hohes Drehmoment
wirksam, das bei Überschreiten des durch die Drehmomentbegrenzung im Werkzeugmagazin
27 vorgegebenen Wertes den Ring 26 zum Mitdrehen bringt. Etwa zu diesem Zeitpunkt
beendet die Maschinenspindel 10 ihre Drehung und fährt mit dem Werkzeugträger 13
und dem Werkzeug darin hoch und wird an die nächste Arbeitsstelle am Werkstück gesteuert,
um dort einen neuen Arbeitsvorgang auszuführen.
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Wird für einen anderen Arbeitsgang ein anderer Werkzeugträger mit
einem anderen Werkzeug benötigt, dann läuft die Rüikführung des nicht mehr benötigten
Werkzeugträgers in das Werkzeugmagazin wie folgt abs Die Naschinenspindel 10 fährt
zunächst ohne Drehung mit dem Werkzeugträger 13 über den für diesen Werkzeugträger
im-Werkzeu£xagazin 27 vorgesehenen freien Sitz und dann mit einer mit der Drehachse
des zu diesem freien Sitz
gehörigen freien Rings fluchtenden Bewegung
auf diesen Ring zu, bis die Haltestifte 28 in die Öffnungen 29 der Spannmutter 20
eingreifen. Dabei spielt es keine Rolle, in welcher Stellung die Ilaltestifte 28
beim vorhergehenden Aufnehmen des Werkzeugträgers 13 stehen geblieben sind.
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Sobald die Haltestifte 28 die Spannmutter 20 über die Öffnungen 29
gefasst haben, wird die Maschinenspindel 10 mit dem Werkzeugträger 13 mit umgekehrter
Drehrichtung und umgekehrtem Vorschub, der der Steigung der Gewindeverbindung 17,
19 von Ring 15 und Spannmutter 20 entspricht in Bewegung gesetzt. Da der Werkzeugträger
13 dabei von der Spannmutter 20 auf den Ring 26 im Werkzeug magazin 27 gedrückt
wird, schraubt sich nun der Ring 15 mit der Maschinenspindel 10 stetig aus der Spannmutter
20 heraus, wobei sich zunächst die konischen Spannflächen 11, 12 voneinander lösen
und der Zahnkranz 19 nach unten aus dem Zahnring 16 herausschiebt, bis sich der
Werkzeugträger 13 völlig von der Maschinenspindel 10 gelöst hat und auf dem Ring
26 sitzen bleibt. Die ilaschinenspindel 10 kann dann, sobald sie genügend Abstand
vom Werkzeugträger 13 hat, seitlich frei abgeführt und in eine zur Übernahme eines
anderen Werkzeugträgers 13 mit einem anderen Werkzeug geeignete Stellung gesteuert
werden, aus der sich dann der Übernahmevorgang für den Werkzeugträger, wie eingangs
geschildert, wiederholt.
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Die Aufgabe der beiden Zahnringe an der Gewindespindel und am Werkzeugträger
kann auch durch eine Polygon-Verbindung wahrgenommen werden, wobei das die Nabe
bildende Element als Gleichdickring und das die Welle bildende Element als Gleichdickzapfen
ausgebildet und der Gleichdickzapfen zur leichteren Einführung in den Gleichdickring
kegelig angeschliffen ist.