DE2613916A1

DE2613916A1 - Werkzeugwechselvorrichtung

Info

Publication number: DE2613916A1
Application number: DE19762613916
Authority: DE
Inventors: Kendall Frederick Bone; Oskar Reinhold Johansson
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1975-06-25
Filing date: 1976-03-31
Publication date: 1976-12-30
Also published as: SE7607238L; CA1024728A; SE425061B; JPS525072A; US3953918A; FR2315357A1; GB1547255A; FR2315357B1; JPS5430788B2

Description

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D-8023 Miinchen-Pullach, Wiener Str. 2; Tel. (0fa9) 7 9J 30 71; Telbx J212i47 t-ros Ü; Cables: -.Patentibus» München

Diplom Ingenieure

Ihr Zeichen: Tag: 30. März 1976

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CINCINNATI MILACRON INC., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati/Ohio 45209, USA

Werkzeugwechselvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine an einer Werkzeugmaschine angeordnete Werkzeugwechselvorrichtung, die eine Bewegung einer Werkzeughandhabungseinrichtung um eine Drehachse erzeugt, wenn das Werkzeug verbraucht ist. Das Wechseln von Werkzeugen zu und von der Werkzeugmaschine kann unabhängig von der Stellung der Werkzeughandhabungseinrichtung in deren normalen Ablauf von Stellungen automatisch ausgeführt werden. Die Werkzeughandhabungseinrichtung kehrt für den Werkzeugwechsel nicht in eine vorgegebene Winkelstellung zurück, sondern hält nur für die Dauer der Ausführung dieses Werkzeugwechsels an.

Bei der Herstellung von komplexen Mechanismen besteht eine Notwendigkeit für die Erzeugung von Teilen auf Werkzeug-

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maschinen, die eine Bewegung in mehr als drei Achsen aufweisen. Diese Bewegung erfolgt im allgemeinen gleichzeitig und koordiniert und wird ermöglicht durch die Verwendung einer numerischen Steuerung oder Rechnervorschrift. Die übliche Anordnung für eine derartige Maschine erfolgt mit drei zueinander senkrechten Achsen X, Y, S und einer oder zwei Drehachsen A, B. Dies wird für gewöhnlich durch Einbau der Werkzeugtragspindel in einen Träger bewerkstelligt, der sich senkrecht mit einem Schlitten bewegt (Y-Achse), der seinerseits durch seine Tragkonstruktion geradlinig (X- bzw. Z-Achsen) zum oder vom Werkstück bewegt wird. Die Spindel wird in einer Jochkonstruktion im Träger gelagert für eine begrenzte Drehbewegung um die zur X-Achse parallel verlaufende Α-Achse. Bei Verwendung von fünf Achsen ist es bei einer derartigen Maschine üblich, den Drehmechanismus für die B-Achse unter der Werkstücklagerung so anzuordnen, daß sich das Werkstück um die zur Y-Achse parallel verlaufende B-Achse dreht.

Maschinen mit der oben beschriebenen Vierachs- und Fünfachsanordnung wurden mit automatischen Werkzeugwechselvorrichtungen ausgerüstet. Bei der Ausführung eines Werkzeugwechsels war es üblich, die Spindel um ihre Α-Achse in eine gegebene Winkelstellung gegenüber dem Schlitten zu schwenken, auf dem sie vor dem Werkzeugwechsel gelagert ist. Dies ermöglicht dann einen Werkzeugwechsel durch ziemlich übliche Mechanismen, wie sie in der Anwendung bei weniger komplexen dreiachsigen Maschinen bekannt sind. Nach dem Werkzeugwechsel wird die Spindel zur Wiederaufnahme der Arbeit in die richtige Winkellage bewegt.

Die beschriebene Ausführung des Austauschs von Werkzeugen ergibt verschiedene Nachteile, die bisher nicht beseitigt wurden. Die Drehbewegung der Spindel in die Wechselstellung verbraucht beträchtlich viel Zeit, während ihre anschließende Rückkehr um einen Arbeitswinkel dieses Problem mit dem Ergebnis vergrößert, daß eine unerwünschte Zeitdauer vorhanden ist,

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die bei jedem Stattfinden eines Werkzeugwechsels verbraucht wird.

Die Spindel muß mit ihrem neuen Werkzeug häufig in die gleiche Winkelstellung zurückkehren zur Ausführung der Bearbeitung einer besonderen Winkelfläche. Die winkelmäßige Wiederholbarkeit der Maschine muß in diesem Fall hervorragend sein und ist sehr schwierig zu erzielen. Dies ergibt stark erhöhte Kosten bei der Herstellung einer derartigen Haschine.

Um die Nachteile zu beseitigen, die sich aus der Rückkehr der Spindel in eine gegebene Winkellage der Spindel ergibt, wurden fünfachsige Maschinen entwickelt, die die Spindel nur für eine Bewegung in der X-, Y- und Z-Achse lagern, während das Werkstück für eine Drehung um die A- und B-Achse gelagert ist. Während dies die Werkzeugwechselzeit verkürzt und das Problem für die winkelmäßige Wiederholbarkeit beseitigt, führt es neue schwer zu lösende Probleme ein. Die Programmierung einer derartigen Maschine ist schwieriger, während der hierfür benötigte Gesamtplatzbedarf erhöht ist. Auch befindet sich das Werkstück weiter vom festen Gestell der Maschine entfernt, da es auf der Oberseite eines Stapels getragen wird, der zwei sich um die A- und B-Achse drehende Glieder enthält, wodurch sich Probleme für die Starrheit der Maschine ergeben.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugwechselvorrichtung, die Werkzeuge zu und von der Spindel dort unabhängig von der A-Achsenwinkelstellung der Spindel / wo diese Drehbewegungsachse in die Spindeltragkonstruktion eingebaut ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vielzweckfräs-, Bohr- und Aufbohrmas chine;

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Fig. 2 eine teilweise Vorderansicht der Maschine von Fig. 1;

Fig. 3 einen teilweisen Schnitt des Spindelmechanismus von Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Spindeldrehantriebsmechanismus und des Winkelstellungssteuermechanismus für die Spindel der Maschine von Fig. 1 und 2;

Fig. 5 eine teilweise schematische Ansicht des Mechanismus von Fig. 4 entsprechend der Bezugslinie 5-5.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Werkzeugmaschine ist eine Mehrzweckfräs-, Bohr- und Aufbohrmaschine für eine Bewegung eines Spindelmechanismus 10 gegenüber einem Werkstücktragtisch 12 entlang djrei zueinander senkrechten Achsen und um zwei Drehachsen. Der Spindelmechanismus 10 trägt ein Werkzeug 14, das vom Spindelmechanismus während der Ausführung eines Bearbeitungsvorgangs gedreht wird. Die Maschine weist ein Gestell auf, auf dem waagerechte Gleitführungen 18 befestigt sind und eine Bewegungsbahn für einen Ständer 20 bilden, der von einem üblichen nicht gezeigten Servomechanismus zum Werkstücktisch 12 hin und wegbewegt wird. Diese Bewegung wird für gewöhnlich als die Z-Achsenbewegung bezeichnet. Eine Maschinenschlittenkonstruktion 2 ist auf zwei senkrechten an der Vorderseite des Ständers 20 befestigten Führungen gelagert, wobei der Schlitten 22 ebenfalls durch einen herkömmlichen Servomechanismus entlang diesen Führungen 24 bewegt werden kann. Diese Bewegung ist im allgemeinen die Y-Achsenbewegung.

Das Gestell 16 weist auch einen weiteren Satz von an seiner oberen Fläche befestigten Führungen 26 auf, die zu den Z-Achsen-Führungen 18 senkrecht verlaufen. Der Werkstücktisch 12 ist auf diesen Führungen 26 gelagert und bewegt sich entlang diesen durch einen nicht gezeigten herkömmlichen Servomechanismus. Diese quer zur Z-Achsenbewegung quer-

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verlaufende gegenseitige Bewegung wird für gewöhnlich als die X-Achsen- oder Längsbewegung bezeichnet.

Zusätzlich zu den beschriebenen die X-, Y- und Z-Achsenbewegungen ermöglichenden Konstruktionselementen sieht die Maschine von Fig. 1 und 2 zwei zusätzliche gegenseitige Werkzeug- und Werkstücktragbewegungen vor. Der Spindelmechanismus 10 wird zwischen einem lagernden Träger 28 und einem Gehäuse 30 getragen, das Bestandteil des Schlittens 20 ist und daran befestigt ist. Von den gegenüberliegenden Enden des Spindelmechanismus erstrecken sich Drehzapfen 32, 34 (vgl. Fig. 4) in Schlittenteile 28 bzw. 30, um eine Winkelbewegung des Spindelmechanismus 10 zu ermöglichen. Der Bereich der Winkelbewegung des Spindelmechanismus 10 ist durch die gestrichelt dargestellten Stellungen des Spindelmechanismus angegeben. Diese Bewegung wird für gewöhnlich als die A-Achsenbewegung bezeichnet. Die zweite gegenseitige Winkelbewegung zwischen dem Werkstücktisch 12 und dem Werkzeug 14 in der Spindel wird durch drehbares Lagern des Werkstücktischs 12 in einem Zwischenglied 36 vorgesehen, das auf den X-Achsen-Führungen 26 ruht. Dies ist die B-Achsenbewegung, die, wie alle anderen beschriebenen gegenseitigen Bewegungen, von einem nicht dargestellten Servomechanismus gesteuert wird.

Die beschriebene Maschine ist mit einer automatischen Werkzeugwechselvorrichtung ausgerüstet. Diese enthält ein Vorratsmagazin bestehend aus einer Kette von Vorratszellen 38, wobei die Kette auf Kettenζahnrädern 40, 42 läuft, die an gegenüberliegenden Enden eines am Ständer 20 befestigten Trägers drehbar gelagert sind. Das Kettenzahnrad 4 2 kann selektiv gedreht werden und jede Vorratszelle 38 an einer Werkzeugbelieferungsstelle 46 positionieren, wo ein darin getragenes Werkzeug von einem an einem Träger 50 gelagerten und dazwischen liegenden Transportarm- und Übergabemechanismus 48, 49 ergriffen werden kann. Der Transportarm 48 kann mit seinem Greifermechanismus 49 um sein der Belieferungs-

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stelle 46 gegenüberliegendes Ende geschwenkt werden und kann auch entlang seiner Schwenkachse zum und vom Träger 50 bewegt werden. Durch die selektive Betätigung eignen sich der Transportann 48 und sein Greifer 49 zum Ergreifen und Abziehen eines in der Zelle 38 an der Belieferungsstelle 46 gehaltenen Werkzeugs und zu dessen Transport durch den Raum zu dessen Einsetzen in einen Aufnehmer 52, der Teil eines auf der Seite der Schlittenkonstruktion 28 befestigten Trägers 54 ist. Der Aufnehmer 52 bildet eine Werkzeugaufnahmestation, deren räumliche Anordnung bezüglich der Belieferungsstation 46 sich ändert, wenn der Schlitten 22 entlang den Führungen 24 bewegt wird, jedoch bezüglich des Schlittens fest bleibt. Zur Aufnahme der sich verändernden relativen Lage der Belieferungssteile und des Aufnehmers 52, ist der Träger auf Führungen 56 senkrecht bewegbar gelagert, die an der Seite des Ständers 20 befestigt sind. Der Träger 70 ist bewegbar entlang den Führungen zwischen der dargestellten Stellung, in der sich der Transportarm 48 in der Stellung für das Ergreifen eines Werkzeugs an der Belieferungsstelle 46 befindet, und irgendeiner anderen Stellung, in Abhängigkeit von der Anordnung des Schlittens 30, wo der Transportarm 48 so betätigt werden kann, daß er ein Werkzeug in einen Aufnehmer 52 einsetzt oder daraus entfernt. Zur Steuerung dieser Bewegung können nicht gezeigte logische Kreise mit Grenzschaltern verwendet werden.

Wie am besten in Fig. 2 zu sehen, ist ein Werkzeugwechselmechanismus 58 an der Seite des Spindelmechanismus 10 befestigt und weist zwei Arme 60, 62 auf, von denen jeder einen auf Zapfen 64 und 66 drehbar gelagerten Werkzeuggreifer 61 bzw. 63 aufweist. Eine in einer Richtung erfolgende Bewegung jedes Werkzeuggreifers entfernt Werkzeuge 14, 14* aus dem Aufnehmer 52 und dem Spindelkopf 68, wobei der Spindelkopf eine Werkzeugbetätigungsstation und der Behälter 52 die Werkzeugaufnahmestation darstellen. Die Werkzeuge 14, 14' können

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durch Betätigen des Werkzeugwechselmechanismus aus den am Aufnehmer 52 und am Spindelkopf 68 befindlichen Stellungen geschwenkt werden und die Arme 60, 6 2 um 180° an der Achse schwenken. Die Arme 60, 62 können umgekehrt auf den Zapfen 64, 66 geschwenkt werden und die Werkzeuge 14, 14' in den Spindelkopf und in den Aufnehmer 52 einsetzen. Eine spezielle Wechselvorrichtung dieser allgemeinen Bauart ist in der US-PS 3 722 711 beschrieben. Diese Werkzeugwechselvorrichtung kann so betätigt werden, daß sie Werkzeuge zwischen dem Aufnehmer 52 der Aufnahmestation und dem Werkzeugbetätigungs-Spindelkopf 68 transportiert.

Wie aus den Figuren ersichtlich, ist, kann der Spindelmechanismus auf einer Achse 70 im Winkel eingestellt werden, wenn er in der A-Achsweise der relativen Werkzeugbewegung bewegt wird. Das im Aufnehmer 52 befindliche Werkzeug 14' ist auf der Achse*70 ausgefluchtet. Wenn der Spindelmechanismus 10 geschwenkt wird, schwenkt der Wechselmechanismus zusammen mit dem Spindelmechanismus 10 um dieselbe Achse 70, da er über den Träger 70 mechanisch am Spindelmechanismus 10 befestigt ist. Auf diese Weise schwenkt der Arm 60 um das Werkzeug 14* im Aufnehmer 52 der Aufnahmestation, während das Ende des Arms an diesem Werkzeug verbleibt unabhängig von der Winkelstellung des Spindelmechanismus 10 auf der Schlittenkonstruktion 22, obwohl das Ende des Arms 60 sich im Winkel um das Werkzeug 14' bewegt. Der Wechselmechanismus 58 wird in der Tat wie der Spindelmechanismus 10 um dieselbe Achse 70 geschwenkt. Der Träger 71 bewegt sich bei Ausführung dieser Bewegung in einer gekrümmten Bahn um den lagernden Träger 28.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Wechselmechanismus zwischen der Achse 70 für die Einstellung des Spindelmechanismus 10 und der Achse 74 angeordnet, an der die Spindel drehbar gelagert ist. Die Achsen 70 und 74 schneiden sich . Diese Beziehungen, verbunden mit der Tatsache, daß der Werkzeugwechselmechanismus um dieselbe Achse 70 schwenkt, auf der

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der Spindelmechanismus 10 im Winkel einstellbar ist und somit in einer bezüglich des Spindelkopfs 68 und des Aufnehmers 52 festen Stelle gehalten wird, gestattet einen Transport von Werkzeugen durch den Wechselmechanismus 58 zwischen dem Aufnehmer 52 und dem Spindelkopf 68 unabhängig von der Winkellage des Spindelmechanismus 10 auf der Schlittenkonstruktion 22 und unabhängig von der Winkeleinstellung des Spindelmechanismus 10.

Wie oben angegeben, ist der Spindelmechanismus 10 um die Achse 70 im Winkel einstellbar. Diese Bewegung wird durch einen am Gehäuse 30 gelagerten Servomotor ausgeführt. Die schematische Darstellung von Fig. 4 und 5 zeigt am besten die Antriebsart des Spindelträgers 10 und dessen Winkelschwenkbewegung. Der Motor 76 ist unmittelbar mit einer Schnecke 78 verbunden, die in ein auf einer Welle 82 befestigtes Schneckenrad 80 eingreift. Auf der Welle 82 ist auch ein schrägverzahntes Antriebszahnrad 84 befestigt, das in im Abstand auf Wellen 90 und 20 befestigten schrägverzahnte Zahnräder 86 bzw. 88 eingreift. Jede Welle 80 und 92 trägt ein Antriebszahnrad 94 bzw. 96, von denen jedes in ein Zahnrad 98 mit großem Durchmesser eingreift, das fest mit dem Drehzapfen 34 verbunden und konzentrisch zu diesem ist. Das Zahnrad 98 ist durch Maschinenschrauben 100 an der Seite des Spindelmechanismus 10 befestigt. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird der Drehzapfen 34 von großen Kegelrollenlagern 102, 104 im Gehäuse gelagert. Alle Wellen 82, 90, 92 und die Schnecke 78 sind im Gehäuse 30 gelagert. Ein selektiver Betrieb des Servomotors 76 erzeugt eine entsprechende Kraft am Spindelmechanismus 10 und bewirkt dessen Winkelbewegung an der Schlittenkonstruktion 20.

Im Spindelmechanismus 10 befindet sich ein Spindelglied 101, das in Lagern 108, 110, 112, 114 und 116 so gelagert ist, daß es von einem Spindelantriebsmotor 118 mit einer gewählten Drehzahl um die Achse 74 gedreht werden kann. Der Spindel-

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antriebsmotor 118 treibt einen Übertragungsmechanismus 120 an, der selektiv betreibbar ist, um eine Ausgangswelle 122 mit irgendeiner von mehreren Drehzahlen anzutreiben. Der Übertragungsmechanismus 120 und die Welle 122 sind im Gehäuse enthalten. Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, erstreckt sich die Welle 122 konzentrisch durch den Drehzapfen 34 und das Zahnrad 98 und kann aufgrund der Lagerung in Lagern 124, 126 demgegenüber unabhängig gedreht werden. Der Drehzapfen 34 und die Welle 122 sind auf ein und derselben Achse 70 drehbar, um die der Spindelmechanismus für die A-Achsenbewegung im Winkel einstellbar ist.

Für die Übertragung eines Drehmoments von der Welle 122 sind zwei Spiralkegelzahnräder 128 und 130 vorgesehen. Das Zahnrad 128 ist an der Welle 122 befestigt, während das Zahnrad an der Spindel 106 befestigt und hiermit drehbar ist. Diese beiden Zahnräder haben ein Übersetzungsverhältnis von 1:1. Da das Zahnrad 128 an der Welle 122 befestigt und hierzu konzentrisch ist, ist es auch zur Achse 70 konzentrisch und die Winkelbewegung des Spindelmechanismus 10 ergibt lediglich eine Drehung des Zahnrads 130 um das Zahnrad 128 während dieser Winkelbewegung. Es findet keine gegenseitige Beeinflussung statt und die Zahnräder 128 und 130 bleiben dauernd im Eingriff. Das Zahnrad 130 ist natürlich zur Achse 74 konzentrisch.

Das Spindelglied 106 schließt einen Antriebszugstangenmechanismus 132 ein mit einem Hubstößel 134, der einen nockenbetätigten Greifer 136 betätigt, der das Werkzeug 14 fest im Spindelglied 106 hält durch Aufbringung eines kräftigen Zugs an einem Adapterknopf 138, der in das Werkzeug 14 eingeschraubt ist. Dies zieht das Werkzeug 14 in das Spindelglied 106 und hält es dort so, daß eine konische Fläche 40 fest im Spindelglied 106 sitzt. Gleichzeitig paßt ein am Spindelglied 106 befestigter Treibkeil 142 in einen Ausschnitt im Werkzeugflansch 146, um das Werkzeug 14 zwangsläufig an-

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zutreiben. Der Hubstößel 134 löst bei einer Bewegung zum Werkzeug 14 den Griff am Adapterknopf 134 und gestattet das Entfernen des Werkzeugs 14. Das Einsetzen eines neuen Werkzeugs 14 kann ausgeführt werden, wenn der Hubstößel 134 zum Lösen des Zugstangengriffs bewegt wird.

Damit das Werkzeug 14 über den Treibkeil 142 eingesetzt werden kann, muß die Winkelstellung des Spindelglieds 106 im Spindelmechanismus 10 im Zeitpunkt des durch den oben beschriebenen Wechselmechanismus ausgeführten Werkzeugtauschs bekannt sein. Wie in Fig. 4 schematisch gezeigt, ist auf der Welle 122 ein eingekerbter Nocken 148 befestigt und wird von einem hydraulisch betätigten Rollenstößel 150 berührt. Unmittelbar vor dem Wechsel von Werkzeugen wird der Antriebsmotor 118 betätigt, um die Elemente des Übertragungsmechanismus 120 zu bewegen bis der Rollenstößel 150 auf den eingekerbten Nocken 148* aufgesetzt und darauf festgehalten ist. Der Übertragungsmechanismus 120 wird gegen eine weitere Drehung verriegelt, während das Spindelglied 106 in einer entsprechenden bekannten Winkellage zum Entfernen und Einsetzen von Werkzeugen 14 gehalten wird.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß die bekannte Winkellage des Spindelglieds 106 im Spindelmechanismus 10 sich in unmittelbarer Beziehung zur Lage der Winkeleinstellung des Spindelmechanismus 10 auf dem Schlitten 20 verändert. Dies ist bedingt durch die abrollende Wirkung des Zahnrads 130 auf dem Zahnrad 128. Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ändert jedoch der Werkzeugwechselmechanismus 58 seine Winkellage um die Werkzeuge 14' im Aufnehmer 52, da sich die Winkellage des Spindelmechanismus 10 ändert. Somit wird die Winkeleinstellung des Spindelmechanismus mit ihrem entsprechenden Wechsel der Winkelausrichtung des darin befindlichen Spindelglieds 106 unmittelbar kompensiert durch diese Winkelbewegung des Werkzeugwechselmechanismus um ein Werkzeug 14. Diese beiden Lagen werden genau in Phase gehalten. Wie dargestellt,

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ist der Aufnehmer 52 auch mit einem Keil versehen, so daß das Werkzeug 14 sich in einer gegebenen Winkellage befindet, wobei jede Vorratszelle 38 in ähnlicher Weise mit einem Keil versehen ist. Der Greifermechanismus der Arme 48, 60 und 62 befestigt diese mit einer solchen Kraft auf den Werkzeugen 14, daß eine Winkelverschiebung während des Abzugs, Transports und tiinsetzens durch das Wirken von Reibungskräften vermieden wird. Auf diese Weise wird die Winkellage der Werkzeuge 14, sobald diese in die Vorratszellen 30 eingesetzt sind, jederzeit aufrechterhalten. Die einzige durch die Winkelbewegung des Spindelmechanismus 10 verursachte Einschränkung besteht darin, daß während des Transports der Werkzeuge durch den Werkzeugwechselmechanismus 58 keine Winkeleinstellung ausgeführt werden kann.

Die Schwenkung des Werkzeugwechselmechanismus 58 um dieselbe Achse 70, "um die der Spindelmechanismus 10 eingestellt wird, ist die konstruktive Beziehung, die den Austausch von Werkzeugen in jeder Winkellage des Spindelmechanismus innerhalb dessen Bewegungsbereich ermöglicht. Diese Schwenkung des Spindelmechanishius wird durch die oben beschriebene Konstruktion erzielt, während die Einhaltung der Winkellage des Werkzeugs in der Spindel-, Vorrats- und Zwischen- oder Aufnahmestation durch die beschriebene Anordnung des Spindelantriebs und der winkelmäßigen Positionierverhältnisse vorgesehen wird. All dies wirkt zusammen zur Schaffung einer einzigartigen Funktion in einer Mehrzweckwerkzeugmaschine mit vier oder fünf Achsen, die mit einer automatischen Werkzeugwechselvorrichtung ausgerüstet ist, die bisher unbekannt war, d.h. zur Ausführung des Austauschs von Werkzeugen in irgendeiner Winkellage des Spindelmechanismus in dessen lagernden Konstruktion.

Maschinen dieser Bauart mit vier oder fünf Achsen sind bekannt und werden für gewöhnlich zum Ausführen einer Bearbeitung an komplexen Teilen verwendet, wenn sie auch nicht die Fähigkeit der hier beschriebenen Maschine aufweisen. Dies wird

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ausgeführt unter der Leitung von numerischen oder Rechnersteuersystemen, wobei die beschriebene Maschine auch für eine solche Steuerung und einen solchen Betrieb beabsichtigt ist, wo ein Steuergehäuse 152 für die numerische Steuervorrichtung sowie für die üblichen Schaltungen für die Steuerung der wiederholt zyklischen Funktionen und wo Verbindungskabel 154 vorgesehen sind für die übertragung der benötigten Energie und Steuersignale für die in der Maschine verwendeten verschiedenen Betätigungsvorrichtungen. Da diese Steuervorrichtung und diese Servomechanismen, die zwar komplex sind, z.B. durch die US-PS 3 486 012 bekannt sind, sind sie hier nicht im einzelnen beschrieben.

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Claims

Patentansprüche

( 1.JWerkzeugwechselvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Schlitten (2) , durch einen vom Schlitten (2) getragenen Werkzeugträger (106), der um eine sich quer durch den Schlitten (22) erstreckende Schwenkachse (70) eine Winkelbewegung ausführen kann, durch eine im Werkzeugträger (106) gelegene Betätigungsstation (68) mit einer Ausrichtungsachse (74), die quer zur Schwenkachse (70) des Werkzeugträgers (106) verläuft, wobei die Betätigungsstation (68) ein mit der Ausrichtungsachse (74) ausgefluchtetes Werkzeug aufnehmen und halten kann, durch eine Aufnahmestation (52) am Schlitten (22), die ein mit der Schwenkachse (70) ausgefluchtetes Werkzeug (14') aufnehmen und halten kann, durch einen Transportmechanismus (58), der auf dem Werkzeugträger (106) um eine Drehachse (72) drehbar gelagert ist, die im Winkel zwischen der Schwenkachse (70) und der Ausrichtungsachse (74) angeordnet ist, durch eine Einrichtung (76-100) zum Schwenken des Werkzeugträgers (106) und des Transportmechanismus (58) , wobei die Drehachse (72) des Transportmechanismus (58) in einer die Schwenkachse (70) und die Ausrichtungsachse (74) enthaltenden Ebene gehalten wird, durch einen Befestigungsmechanismus (61, 63) am Transportmechanismus, der die Werkzeuge (14, 14') an den Betätigungs- und Aufnahmestationen (68, 52) ergreift und freigibt, wenn er in eine mit den Werkzeugen (14, 14') ausgefluchtete Lage bewegt ist, und durch eine Einrichtung zum Bewegen des Transportmechanismus (58) in hiermit ausgefluchtete Stellungen, in denen die Befestigungseinrichtung (61, 63) Werkzeuge (14, 14') in den Betätigungs- und Aufnahmestationen (68, 52) ergreift, und zum Koordinieren der Bewegung des Transportmechanismus (58) mit der Betätigung des Befestigungsmechanismus (61, 63), wodurch die Werkzeuge (14, 14') zwischen den Aufnahme- und BetätigungsStationen (52, 68) gewechselt werden.

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2. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (106) eine Spindel (106) ist, die an der Ausrichtungsachse (74) drehbar ist, wobei die Betätigungsstation (68) am freien Ende der Spindel (106) angeordnet ist, daß im Schlitten (22) ein Spindelantriebsmechanismus (118, 120) gelagert ist, daß sich vom Spindelantriebsmechanismus (118, 120) eine antreibende Ausgangswelle (122) erstreckt, die hierdurch auf der Schwenkachse (70) drehbar ist, und daß eine Verbindungseinrichtung (128, 130) vorgesehen ist, die die Ausgangswelle (122) mit der Spindel (106) zu deren Antrieb verbindet.
3. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (128, 130) aus einem Satz von Kegelzahnrädern (128, 13O) besteht, von denen eines (128) konzentrisch um die Schwenkachse (70) an der Ausgangswelle (122) befestigt ist, während das andere (130) konzentrisch um die Ausrichtungsachse (74) an der Spindel (106) befestigt ist.
4. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelzahnräder (128, 130) ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 haben.
5. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Drehung der Ausgangswelle (122) in einer gegebenen Winkellage anhält, wodurch die Spindel (106) entsprechend in einer gegebenen Winkellage angehalten wird.
6. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schwenkachse (70), die Ausrichtungsachse (74) und die Drehachse (72) in einem gemeinsamen Punkt schneiden.

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7. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstation (68) eine Einrichtung (134, 136) enthält, die ein Werkzeug (14) in einer festen Winkellage gegenüber der Betatigungsstation (68) hält, daß die Aufnahmestation (52) eine Einrichtung zum Halten eines Werkzeugs (14') in einer festen Winkellage zur Aufnahmestation (52) aufweist, wobei die Aufnahmestation-Winkellage in einer unmittelbaren Beziehung zur festen Betätigungsstation-Winkellage steht, daß die Werkzeuge (14, 14') so eingesetzt werden können, daß sie an der Aufnahmestation (52) und der Betätigungsstation (68) nur gehalten werden können, wenn sie im Winkel mit deren entsprechenden festen Winkellagen fluchten, und daß der Befestigungsmechanismus eine Einrichtung (61, 63) zum Verhüten einer Winkelverstellung von Werkzeugen (14, 14·) aufweist, die hierdurch während der Bewegung zwischen den Stellungen ergriffen werden, die den Wechsel der Werkzeuge (14, 14') zwischen der Aufnahmestation (52) und der Betätigungsstation (68) bewirken.
8. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportmechanismus (58) einen Armmechanismus (6O, 62) mit zwei Enden aufweist, wobei die Drehachse (72) des Transportmechanismus (58) sich durch den Transportmechanismus (58) an einer zwischen dessen beiden Enden gelegenen Stelle erstreckt, daß die Befestigungseinrichtung eine Greifvorrichtung (61, 63) aufweist, die an jedem Arm der Befestigungseinrichtung angeordnet ist, und daß die Einrichtung zum Bewegen des Transportmechanismus (58) den Armmechanismus (6O, 62) zwischen Winkellagen bewegt, in denen die Greifvorrichtungen (61, 63) an der Betätigungsstation (68) und an der Aufnahmestation (52) positioniert werden.
9. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß eine Einrichtung (76-100) vorgesehen ist, die den Werkzeugträger (106) um dessen Schwenkachse (70) in ausgewählte Stellungen gegenüber dem Schlitten (22) schwenkt, und daß die Einrichtung zum Bewegen des Armmechanismus (60, 62) unabhängig von der Einrichtung (76-100) zum Schwenken des Werkzeugträgers (106) und des Transportmechanismus (58) arbeitet.
10. Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (30), durch einen ersten Werkzeugaufnehmer (52) am Gehäuse (30), der ein auf einer ersten gegebenen Achse (70) ausgefluchtetes Werkzeug (14') aufnehmen und halten kann, durch ein am Gehäuse (30) gelagertes Betätigungsglied (10) für eine im Winkel erfolgende Positionierbewegung um die erste Achse (70), durch einen zweiten am Betätigungsglied (10) angeordneten Werkzeugaufnehmer (68) , der ein auf einer zweiten gegebenen Achse (74) ausgefluchtetes Werkzeug (14) aufnehmen und halten kann, wobei die zweite Achse (74) sich in einer zur ersten Achse (70) querverlaufenden Ebene bewegt, wenn das Betätigungsglied (10) geschwenkt wird, durch einen Werkzeügtransportarm (60, 62), der um eine dritte Achse (72) drehbar gelagert ist, die zwischen der ersten Achse (70) und der zweiten Achse (74) angeordnet ist, durch eine Einrichtung (71) zum Bewegen der dritten Achse (72) im Raum im Rhythmus mit der Winkelbewegung des Betätigungsglieds (70), wobei die erste, zweite und dritte Achse (70, 74, 72) in einer festen Beziehung gehalten werden, durch eine am Transportarm (60, 62) angeordnete Einrichtung (61, 63), die die Werkzeuge (14, 14') ergreift und hält, durch eine Einrichtung, die den Transportarm (60, 62) in Stellungen bewegt, in denen die Einrichtung (61, 63) zum Ergreifen der Werkzeuge (14, 14") sich am ersten und am zweiten Aufnehmer (52, 58) befindet, und durch eine Einrichtung zum Betätigen der Einrichtung (60, 62) zum Ergreifen der Werkzeuge (14, 14') koordiniert mit der Einrichtung zum Drehen des Transportarms (60, 62) für das

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Wechseln von Werkzeugen (14, 14') zwischen dem ersten und dem zweiten Aufnehmer (52, 68).
11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportarm (60, 62) zwei Enden aufweist mit einer Werkzeuggreif- und Halteeinrichtung (61, 63) an jedem Ende, wobei die dritte Achse (72) mittig durch den Transportarm (60, 62) verläuft.
12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (76-100) vorgesehen ist, die die Winkellage des Betätigungsglieds (10) steuert, und daß die Einrichtung zum Bewegen der dritten Achse (72) ein mechanisches Gestänge (71) zwischen dem Transportart (60, 62) für die Werkzeuge (14, 14') und dem Betätigungsglied

(10) ist, wobei die dritte Achse (72) und das Betätigungsgiied (68) miteinander schwenken.
13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Achse (70) und die zweite Achse (74) senkrecht zueinander stehen und einander schneiden.
14. Werkzeugmaschine mit einer zusammengesetzten Schlittenkonstruktion, bestehend aus Konstruktionselementen, die entlang wenigstens zweier zueinander senkrechter Achsen bewegbar sind, gekennzeichnet durch einen Werkzeugträger (106), der an einem (30) der Konstruktionselemente befestigt und um eine erste Drehachse (70) schwenkbar ist, die sich durch das eine Konstruktionselement (30) erstreckt, durch eine Betatigungsstation (68) im Werkzeugträger (106), die eine zur ersten Drehachse querverlaufende Ausrichtungsachse (74) aufweist und ein an der Ausrichtungsachse (74) ausgefluchtetes Werkzeug (14) aufnehmen und halten kann, durch eine Aufnahmestation (52) am einen Konstruktionselement (30), die ein an der ersten Drehachse (70) ausgefluchtetes Werkzeug (14') aufnehmen und halten kann,

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durch einen Werkzeugwechselarm (60, 62) , durch eine Einrichtung (71), die den Werkzeugwechselarm (60, 62) an einer Stelle zwischen der ersten Drehachse (70) und der Ausrichtungsachse (74) trägt, durch eine am Werkzeugwechselarm (60_? 62) angeordnete Einrichtung (61, 63), die zum Greifen und Halten von Werkzeugen (14, 14') betätigbar ist, durch eine Einrichtung (76-100), die den Werkzeugträger (7O) im Winkel um die erste Drehachse (70) positioniert, und durch eine Einrichtung, die die Einrichtung (71) zum Tragen des Werkzeugwechselarms (60, 62) in Abhängigkeit von der Winkeleinstellung des Werkzeugträgers (106) schwenkt, um die Lage des Werkzeugwechselarms (60, 62) in einer festen Beziehung zur ersten Drehachse (70) und zur Ausrichtungsachse (74) zu halten.
15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger eine Spindel (106) ist, die im einen Konstruktionselement (30) an der Ausrichtungsachse (74) drehbar und um die erste Drehachse (70) schwenkbar ist, daß sich eine Antriebswelle (122) vom Konstruktionselement (30) zur Spindel (106) erstreckt und an der ersten Drehachse (70) drehbar gelagert ist, und daß eine Einrichtung (128, 130) vorgesehen ist, die die Spindel

(106) mit der Antriebswelle (122) kuppelt.
16. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im einen Konstruktionselement (3O) eine Einrichtung (148, 150) zum Anhalten der Antriebswelle (122) in einer gegebenen Winkellage vorgesehen ist, und daß die Einrichtung (128, 130) zum Kuppeln der Spindel (106) mit der Antriebswelle (122) ein Satz von Kegelζahnrädern (128, 130) ist mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1, wodurch die Übereinstimmung der Winkellage zwischen der Spindel (106) und der Antriebswelle (122) aufrechterhalten wird.

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17. Werkzeugmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungs- und Aufnahmestationen (68, 52) eine Einrichtung (142) enthalten, die darin Werkzeuge (14) in einer festen Winkellage hierzu hält, und daß die Einrichtung (61, 63) zum Greifen und Halten von Werkzeugen (14) so betätigbar ist, daß sie eine feste Winkellage bezüglich der Werkzeuge (14) einhält, wenn die Werkzeuge hierdurch ergriffen und gehalten werden.
18. Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch eine Werkzeugaufnahmestation (52) , die ein mit einer ersten Achse (70) ausgefluchtetes Werkzeug (14) aufnehmen und halten kann, durch eine Werkzeugbetätigungseinrichtung (10), die ein Werkzeug (14) ergreifen und halten kann, das an einer die erste Achse (7O) schneidenden zweiten Achse (74) ausgefluchtet ist, durch eine Werkzeugwechselvorrichtung (58), die so betätigt werden kann, daß sie Werkzeuge (14) zwischen der Aufnahmestation (52) und der Werkzeugbetätigungseinrichtung (68) auswechseln kann und einen drehbaren Arm (60, 62) enthält, der zwischen der ersten Achse (70) und der zweiten Achse (74) positioniert ist,und durch eine Einrichtung (71), die gemeinsam die Werkzeugbetätigungseinrichtung (10) und die Werkzeugwechselvorrichtung (58) im Raum um die erste Achse (70) schwenkt, wobei die Werkzeugwechselvorrichtung (58) zwischen der ersten Achse (70) und der zweiten Achse (74) gehalten wird und der Abstand zwischen der Aufnahmestation (52) und der Werkzeugbetätigungseinrichtung (58) konstant bleibt.
19. Werkzeugmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (60, 62) zwei Enden aufweist und um eine mittig hindurchlaufende dritte Achse (72) drehbar ist, daß die Werkzeugwechselvorrichtung (58) an einem mit der Werkzeugbetätigungseinrichtung (10) verbundenen Träger gehalten wird, und daß die Werkzeugwechselvorrichtung (58)

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eine Drehexnrichtung aufweist, die selektiv betätigbar ist und den Arm (60, 62) zwischen Stellungen dreht, in denen die Enden des Arms (60, 62) abwechselnd an der Aufnahmestation (52) und an der Werkzeugbetätigungseinrichtung (10) positioniert sind.

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