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Verkzeugmaschine mit einer autematischen Werkzeugwechsel.
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einnichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkze@gmaschine mit
einer autematischen Werkzeugwechsweleinrichtung für mehrsnindelime Werkzeugträger
inshesendere Mehrspindelhchrkönfe wobei die Werkzeugwechseleinrichtung eine Hub-
und wendevorrichtung aufweist mit je einem Antrieh einmal für die Hubbewegung zwischen
einer unteren Arbeitsstellung des Werkzeugträgers und einer oberen Wendestellung
und zum anderen für die Wendehawegung ieweils um einen Winkel von 180° zwischen
der Maschinenarbeitsseite und einer Übergabeseite. an der ein Magazin für die Werkzeugträger
angeschlossen ist.
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Alle bisher bekannt gewordenen Bohrkopfwechselmaschinen sind mehr
oder weniger als Sonder-Fertigungsanlagen anzusehen,
bei welchen
die Magaginierung der Bchrköpfe einer gr@ßer Raum be@nsprucht. Dieser Mag@zinraum
wird entweder im Nieau der Arbeitsehene oder dirckt über der betreffenden Werkzeugmaschine
vorgeschen. In all diesen Fällen ist die Zugänglichkeit der Werkzeugmaschine und
auch der Zutritt des lichtes so hchindert daß es erhehlichen Aufwand erfordert,
diese Maschinen in Fertigungsreihen einzugliedern, Bei der vorliegenden Erfindung
wird von einer zu Anfang erläuterten Werkzeugmaschine ausgegangen, die aus der DT-AS
1 502 010 bekannt ist.
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Der Frfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde. eine Werkzeugmaschine
zu schaffen, die eine besenders günstige Unterbringung von beliebig vielen Werkzeugträgern
ohne Behinderung gestattet. und die gleichzeitig einfach im Aufhau ist, eine geringe
Antriebsleistung für das automatische Werkzeugwechseln benötigt und die zu einer
großen Werkzeugwechselgeschwindigkeit führt.
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Die gestellte Aufgahe wird dadurch gelöst, daß der Antrieh für die
Huhvorrichtung und diese derart gestaltet sind, daß der Hub der Werkzeugträger nur
auf der Maschinenarbeitsseite erfolgt, und daß die Hublänge so hemessen und die
an der Übergaheseite hefindliche Übergahestelle für die Übergabe der Werkzeugträger
von und zu dem Magazin im Miveau so hoch vorgesehen ist, daß die Werkzeugmaschine
im Arbeitsbereich von allen Seiten frei zugänglich ist.
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Vorteilbafte Ausmestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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In der Zeichnung ist ein Ausfübrungsbeispiel der Erfindung im Schema
dargestellt, und zwaqr zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Mehrspindelbohrmaschine
mit Hub- und Wendevorrichtung sowie mit Darstellung einer besonderen Magazineinrichtun<r,
Fig. 2 - 6 unterschiedliche Stellungen der Hub- und Wendevorrichtunz zur Veranschaulichung
eines vollständigen Arbeitszyklus1 Fiw. 7 einen Längs-Vertikalschnitt durch die
Hub- und Wendevorrichtung und durch Teile der Werkzeugmaschine, Fig. 8 einen Horizontalschnitt
gemäß Schnittlinie VIII-VIII in Fig. 7, und zwar in einer Stellung, in welcher beide
Greifer angehoben sind, Fig. 9a -Fig. 9d eine Darstellung fiir die Magazinierllng
von zwölf Bohrköpfen, und zwar in vier Einzelschritten, Fig. 10 eine Ansicht, teils
im Langsschnitt, einer Verschiebevorrichtung
für die Werkzeugträger
bei einer Magazineinrichtung gemäß Fig. 9a bis 9d, Fig. 11 einen Vertikalschnitt
durch einen Parallelkurbeltrieb an der magazinseitigen Übergabstelle und Fig. 12
einen Querschnitt hierzu.
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In Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung eine Werkzeugmaschine
2 mit einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung mit einer Hub- und Wendevorrichtung
1 für mehrspindelige Werkzeugträger, und zwar im vorliegenden Falle für Kehrspindelbohrköpfe
I, II, dargestellt. Dabei befindet sich der Mehrspindelbohrkopf I in Arbeitsstellung
vor dem Werkstück 8, nachdem ihn der Greifer 6 der nachfolgend noch im einzelnen
erläuterten Hub- und Wendevorrichtung in Arbeitsstellung abgesetzt hat. Ein weiterer
Mehrspindelbohrkopf II befindet sich an der Übergabeseite der Hub- und Wendevorrichtung
1 nach einer Bühne 7 eines im wesentlichen auf der Rückseite der Werkzeugmaschine
angeordneten Magazins 3, wobei von wesentlicher Bedeutung ist, daß das Magazin 3
und damit auch die Bühne 7 des Magazins insgesamt im Niveau so hoch angeordnet ist,
daß die Werkzeugmaschine 2 im Arbeitsbereich von allen Seiten frei zugänglich ist.
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Um zunächst einen besseren Überblick über den konstruktiven Aufbau
der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine zu erhalten, sei anhand der Fig. 2 bis 6
ein vollständiger Arbeitszyklus
beschrieben.
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Bei der Stellung gemäß Fig. 2 hat die Hub- und Wendevorrichtung 1
mit Hilfe einer weiter unten näher erläuterten Übergabevorrichtung 4 den Mehrspindelbohrkopf
I dem Greifer 5 entnommen und auf der Bühne 7 des Magazins 3 abgesetzt. Der Mehrspindelbohrkopf
II ist währenddessen auf der Werkzeugmaschine 2 befestigt, befindet sich also in
Arbeitsstellung und bearbeitet das Werkstück 8. Der Greifer 5 der Hub- und Wendevorrichtung
1 befindet sich in oberster Stellung, wobei der Mehrspindelbohrkopf I von ihm gelöst
ist. Der weitere Greifer 6 befindet sich in unterster Stellung, nachdem der Mehrspindelbohrkopf
II von ihm ebenfalls gelöst ist und nach automatischer Verbindung mit der Werkzeugmaschine
mit Hilfe des Werkzeugschlittens 2a nach links in die besagte Arbeitsstellung gefahren
ist.
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Fig. 3 veranschaulicht eine andere Stellung, in welcher der Mehrspindelbohrkopf
II mittels des Werkzeugmaschinenschlittens 2a in die Grundstellung zurückgefahren
worden ist, aus welcher der Mehrspindelbohrkopf unmittelbar von dem Greifer 6 erfaßt
bzw. aufgenommen werden kann. Währenddessen kann magazinseitig durch eine senkrecht
zur vertikalen Maschinenachse erfolgte Transportbewegung der Mehrspindelbohrkopf
I fortgeschoben und ein neuer Mehrspindelbohrkopf II aus dem Magazin zur Übergabe
stelle hin geschoben werden.
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Nach der Stellung des Arbeitszyklus, die in Fig. 4 dargestellt
ist,
haben die beiden Greifer 5 und 6 jeweils ihren Mehrspindelbohrkopf III bzw. II aufgenommen,
wobei der Mehrspindelbohrkopf II nach der Aufnahme mit dem Greifer 6 in die dargestellte
oberste Stellung hochgefahren ist.
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Gemäß Fig. 5 sind durch Schwenken der Hub- und Wendevorrichtung 1
um 1800 um die vertikale Drehachse der Mehrspindelbohrkopf III auf die linke Seite
und der Mehrspindelbohrkopf II auf die rechte Seite gekommen.
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Gemäß Fig. 6 ist der Mehrspindelbohrkopf III mittels des Greifers
5 abgesenkt und in die Werkzeugmaschine 2 eingesetzt worden, so daß nunmehr der
Mehrspindelbohrkopf III bereit ist, mittels des Werkzeugmaschinenschlittens nach
links in Richtung auf das Werkstück gefahren zu werden.
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Währenddessen ist der Mehrspindelbohrkopf II auf die Übergabevorrichtung
4 abgesetzt, von dem Greifer 6 gelöst und nach der Bühne 7 des Magazinshtn bewegt
worden. Der Mehrspindelbohrkopf II kann nun durch einen neuen Mehrspindelbohrkopf
aus dem Magazin ersetzt werden. Damit ist ein Arbeitszyklus abgelaufen, der sich
beliebig oft nacheinander wiederholen kann, z.B. bis alle vorgesehenen Mehrspindelbohrköpfe
des Magazins zum Einsatz gekommen sind.
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Darüberhinaus ist genügend Zeit vorhanden, den einen oder anderen
Mehrspindelbohrkopf oder ggfs. auch alle Bohrköpfe des Magazins nacheinander auf
ein neues Arbeitsprogramm umzurüsten, ohne daß es eines längeren Stillsetzens der
Werkzeugmaschine
bedarf.
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Fig. 7 stellt einen Längs-Vertikalschnitt durch die Hub- und Wendevorrichtung
1 der Werkzeugmaschine und Teile der Werkzeugmaschine 2 mit dem Werkzeugmaschinenschlitten
2a dar.
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Man erkennt, daß die beiden Greifer 5 und 6 auf Schlittenführungen
9 und 10 sitzen, welche ihrerseits auf einer Wendetrommel 11 um 1800 zueinander
versetzt angebracht sind. Die beiden Schlitten der Schlittenführungen 9, 10 tragen
je einen Mitnehmer 12. Dieser greift auf der Arbeitsseite in einen Arm 13. Der Arm
ist an einer Führungsbuchse 14 befestigt.
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Die Führungsbuchse sitzt vertikal verschiebbar auf einer Säule 15.
Diese Vertikalverschiebung kann beispielsweise mittels einer Gewindebuchse 16 und
einer Gewinde spindel 17 erzeugt werden. Der Antrieb der Gewindespindel 17, also
der Antrieb für die Hubbewegung, erfolgt durch einen Getriebemotor 18. Auf diese
Weise wird der Greifer 6 vertikal angehoben, bis eine Nute 19 des Armes 13 sich
mit einer Nute 20 eines feststehenden Ringes 21 deckt. Mit Hilfe eines schnellschaltenden
Schrittgetriebes 22, nämlich eines Antriebes für die Wendebewegung jeweils um einen
Winkel von 1800 zwischen der Maschinenarbeitsseite und einer Übergabeseite, wird
eine Welle 23 gedreht. Diese Drehung wird durch ein Zahnrad 24 und ein Zwischenzahnrad
25 auf einen Zahnkranz 26 übertragen.
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Dieser Zahnkranz 26 trägt über einen Stützkörper 27 die Wendetromnel
11 an einem Flansch 28. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Welle 23 und dem
Zahnkranz 26 ist so bemessen, daß einem Schritt des Schrittgetriebes 22 eine
Schwenkung
der Wendetrommel 11 um 1800 entspricht. Bei der Drehung wird der Mitnehmer 12 an
dem Schlitten 10 in die Nut 20 des Ringes 21 eingeführt und dadurch in dieser Höhe
festgehalten, während der Bolzen des Mitnehmers 12 am Schlitten 9, welcher sich
vorher auf der Magazinseite befunden hat,in die Nut 19 des Armes 13 eingeführt wird.
Durch die Drehung kommt der Greifer 5 auf die Arbeitsseite, dd.h. gemäß Fig. 7 auf
die linke Seite, und kann dann abgesenkt werden. Der tzt auf der Magazinseite befindliche
Mehrspindelbohrkopf kann daraufhin mittels der Übergabevorrichtung 4 mit Parallelkurbeltrieb,
wie weiter unten noch näher beschrieben ist, aus den Greifer herausgehoben und auf
die Ebene der Bühne 7 des Magazins gebracht werden.
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Fig. 8 stellt einen Horizontalschnitt gemäß Schnittlinie VIII - VIII
in Fig. 7 in vergrößertem Maßstab dar, und zwar in der Stellung, in welcher beide
Greifer in ihre oberste Stellung angehoben sind, und zwar gemäß den Fig. 4 und 5.
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Aus Gründen der Zeichnungsvergrößerung ist der Schnitt der Fig. 8
zu Fig. 7 um 900 verdreht dargestellt. Man ersieht hieraus unter anderem deutlich,
daß der feststehende Ring 21 mit einer ringsumlaufenden Nut 20 versehen ist und
daß der Ring in Breite des Armes 13 in dessen Bewegungsbereich ausgespart ist.
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Die Figurenfolge 9a bis 9d veranschaulicht schematisch ein-Beispiel
für ein vorteilhaftes Magazin, welches für die Aufnahme beliebig vieler Mehrspindelbohrköpfe
gestaltet werden kann. In dem dargestellte Ausführungsbeiflpiel ist eine
Magazinierung
von zwölf Mehrspindelbohrköpfen möglich. Der Einfachheit halber sind die Mehrspindelbohrköpfe
als einfache Rechtecke 28 dargestellt. Fig. 9a veranschaulicht einen ersten Schritt,
wobei die Mehrspindelbohrköpfe auf zwei übereinanderliegenden Ebenen untergebracht
sind. Die untere Ebene entspricht der Höhe der oben erläuterten Bühne 7 des Magazins
3 gemäß Fig. 1 und 2. Das gestrichelt gezeichnete Rechteck 31 soll eine freie Aufnahmestelle
darstellen, in welche zu diesem Zeitpunkt der in Fig. 6 dargestelibe Mehrspindelbohrkopf
II eingeschoben werden kann. Die kleinen Rechtecke 29 stellen Mitnehmer einer Schiebevorrichtung
gemäß Fig. 10 dar. Die Mitnehmer 29 sind während des Schrittes 1 gemäß Fig. 9a noch
zurückgezogen und unwirksam.
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Bei Schritt 2 gemäß Fig. 9b gehen die Hebevorrichtungen 30 an den
beiderseitigen Enden des Magazins in abgesenkte Stellung. In die freie Aufnahmestelle
31 ist nun der Mehrspindelbohrkopf eingeschoben, der von der Hub- und Wendevorrichtung
abgegeben worden ist. Die Mitnehmer 29 auf der unteren Ebene sind nunmehr in Eingriff
gebracht. Dies ist durch Dunkelfärbung der Mitnehmer 29 kenntlich gemacht. Auf der
oberen Ebene wurden die Mitnehmer 29 nach links verschonen Bei Schritt 3 gemäß Fig.
9c werden die Mehrspindelbohrköpfe 28 auf der unteren Ebene um eine Teilung, d.h.
um eine Abstandseinheit von zwei benachbarten Mitnehmern 29 nach links verschoben
und die Mitnehmer sind wieder außer Eingriff gebracht.
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Dies ist wieder durch Hellfärbung der kleinen Rechtecke verdeutlicht.
Ein Mehrspindelbohrkopf 28 ruht nun auf der linken Hebevorrichtung 30. Bei dem vierten
Schritt gemäß Fig. 9d werden die Hebevorrichtungen 30 wieder in ihre obere Stellung
entsprechend Fig. 9a gebracht. Die Mitnehmer 29 der unteren Ebene sind außer Eingriff.
Auf der oberen Ebene sind die Mitnehmer in die Eingriffsstellung gebracht. Der in
die Aufnahmestelle 31 eingeschobene neue Mehrspindelbohrkopf kann aus dieser Stellung
wieder vom Greifer übernommen werden. Der nächste Schritt führt wieder zur Stellung
nach Fig. 9a, worauf sich der Zyklus wiederholt. Mit Hilfe dieser schrittweisen
Weiterbewegung der Mehrspindelbohrköpfe im Magazin kann man jeden beliebigen Mehrspindelbohrkopf
aus dem Magazin abrufen und zum Einsatz bringen.
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Fig. 10 veranschaulicht eine Verschiebevorrichtung für die Mehrspindelbohrköpfe
innerhalb eines Magazins, und zwar wird diese Verschiebevorrichtung bevorzugt für
das schrittweise Fördern nach den Fig. 9a bis 9d verwendet. Fig. 10 stellt eine
Draufsicht mit teilweise Horizontalschnitt dar.
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Die vorerläuterten Mitnehmer 29 sind als Hebel ausgeführt, welche
auf einer gemeinsamen Welle 32 gelagert sind. Diese Welle ist in einem Schlitten
33 gelagert, und zwar so, daß sie in axialer Richtung gegenüber dem Schlitten unverschieblich
ist bzw. sich nur zusammen mit dem Schlitten verschieben kann, andererseits kann
sich die Welle 32 in dem Schlitten 33 um ihre eigene Achse in einem gewissen Winkelbereich
drehen. Der Schlitten 33 kann mit Hilfe eines
Kolbens 34 einer
Hydraulik oder Pneumatik jeweils um den Betrag einer Teilung verschoben werden.
Auf der Welle 32 ist ein Gabelhebel 35 befestigt. Durch einen schwenkbaren Zylinder
36 mit Kolben 37 können die Mitnehmer 29 ein- und ausgeschwenkt werden.
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Das hier beschriebene Beispiel der Magazinierung entspricht der perspektivischen
Darstellung gemäß Fig. 1, und zwar erkennbar in dem oberen strichpunktiert gezeichneten
Teil der Zeichnung. Die Mehrspindelbohrköpfe werden zweckmäßig in Richtung des eingezeichneten
Pfeilkreislaufes schrittweise weiterbewegt.
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Die Erfindung bietet Raum für Magazineinrichtungen und -anordnungen
in vielfältiger Variation, wobei es jedoch darauf ankommt, daß die Magazine jeweils
im Niveau so hoch angeordnet sind, daß die Werkzeugmaschine als solche von allen
Seiten frei zugänglich ist. Fig. 7 veranschXaulicht rechts oben eine Anordnung,
bei welcher ein schematisch dargestellter Schrägaufzug 38 vorgesehen ist, der an
einer oder beiden Enden der beiden Ebenen des Magazins anstelle der erläuterten
Hebevorrichtungen Einsatz finden kann. Ein solcher Schrägaufzug kann auch an irgendeiner
Stelle des Magazins vorgesehen werden, um beispielsweise Mehrspindel bohrköpfe aus
dem Magazin herauszunehmen und auf eine Arbeitsplattform zu transportieren, auf
welcher die Umstellung des Mehrspindelbohrkopfes auf ein anderes Bohrprogramm vorgenommen
wird. Anstelle der oben erläuterten
Magazine kann man auch zum
Beispiel die Magazinierung sämtlicher Mehrspindelbohrköpfe auf einer Ebene vorsehen,
etwa auf der Bühne 7 nach Fig. 2. Der Transport kann dann mittels Rollengängen durchgeführt
werden. Ferner sind Elevatoren anwendbar, deren Prinzip aus Parkhäusern für Automobile
oder aus ähnlichen Einrichtungen bekannt sind.
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Des weiteren ist es möglich, das Magazin mit einer automatischen Wähleinrichtung
auszustatten, die z.B. mit optischen Mitteln arbeitet und die in der Lage ist, aus
einer größeren Anzahl von Mehrspindelbohrköpfen jeweils bestimmte Köpfe auszusuchen
und entweder der Werkzeugmaschine oder einer Arbeitsplattform zum Umstellen des
Programmes zuzuführen.
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Aufgrund der besonderen erfindungsgemäßen Anordnungsweise des Magazins
ist es auch möglich, dieses als Gemeinschaftsmagazin für mehrere dicht nebeneinander
stehende Werkzeugmaschinen einer Fertigungsstraße zu verwenden.
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Die Fig. 11 und 12 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Übergabevorrichtung
4, gemäß Fig. 7. Gemäß dieser Übergabevorrichtung wird ein Mehrspindelbohrkopf I
durch einen oben erläuterten Greifer 5 bzw. 6 auf einen Förderstuhl 39 abgesetzt.
Dieser ist mit einem oder mehreren Transportbändern 40 ausgerüstet, welche durch
Motor angetriebene Rollen 41 angetrieben werden können. Der Förderstuhl 39 ist auf
Kurbelarmen 42 gelagert, welche durch eine Welle 43 und Zahnrad 44 bewegt werden
können. Zweckmäßig sind zwei Wellen 43 mit Abstand nebeneinander angeordnet (Fig.
11) und demgemäß
zwei Zahnräder 44. Der Antrieb der Zahnräder 44
erfolgt durch eine Zahnstange 45 und mittels eines Hydraulikzylinders 46. Bei einer
Drehung der Zahnräder 44 um 1800 wird der Mehrspindelbohrkopf I aus dem Greifer
5 herausgehoben und in die Stellung gebracht, aus welcher er durch die erläuterte
Transporteinrichtung quer zur Maschinenachse abtransportiert werden kann. Das Herausheben
aus dem Greifer 5 kann aber auch auf andere Weise erfolgen, z.B. durch elektrischen
Antrieb oder durch einen Viergelenkmechanismus.
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Die oben erläuterte Hub- und Wendevorrichtung 1 gestattet eines besonders
vorteilhafte Ausbildung der erläuterten Antriebe für die Hubbewegung und die Wendebewegung.
So können z.B. beide Bewegungen durch Wälzlager mit hohem Wirkungsgrad ausgeführt
werden. Für die Hubbewegung kann eine Wälzlager-Gewindespindel ohne besondere Präzision
verwendet werden. Die Wendetrommel li gemäß Fig. 7 liegt ebenfalls auf einer Wälziagerung.
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Ein Berechnungsbeispiel zeigt, daß selbst bei extrem hohen Anforderungen
günstige Baugrößen möglich sind. Für den Wechsel eines Mehrspindelbohrkopfes können
beispielsweise folgende Zeiten erreicht werden: Heben auf 1 m Höhe in 3,5 sec.
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Wenden um 1800 in 2,75 sec.
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Senken in die Arbeitsstellung in 1,75 sec.
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Gesamtzeit 8 sec.
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Wenn man einmal das Gewicht eines Mehrspindelbohrkopfes mit den Gewichten
von Hubschlitten und Greifer zu
1000 kp annimmt, also ein Gewicht, das äußerst selten in der Praxis vorkommt, so
ergibt sich eine Antriebsleistung bei einem Wirkungsgrad von 0,75 wie folgt: N (KW)
= 1000(kp) . 1(m) . 0,736/75 . 3,5(sec) . 0,75 = 3,75 KW Die Antriebsleistung für
das Senken ist außerordentlich gering. Daher kann ein polumschaltbarer Motor Verwendung
finden, welcher das Senken in der halben Zeit ausführt.
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Die Berechnung des Antriebs für die Wendebewegung geht von folgenden
Voraussetzungen aus: Gesamtgewicht von zwei Bohrköpfen mit Greifern und Wende-
| trommel 2.500 kp; Trägheitshalbmesser # = 700 mm n 0,7 m; |
| Schwungmoment J=GD²/4 g = 2.500 . 1,4²/4 . 981 = 124 mkg sec² |
Drehzahl n derWendetrommel bei 5,5 sec für 3600 60 10,9 Umdrehungen pro Minute.
Dies ist die mittlere Drehzahl für gleichbleibenden UShuf. Zur Bestimmung des Antriebsdrehmoments
wird eine Beschleunigung von 0 auf 20 Umdrehungen in 1,375 Sekunden angenommen.
Hierzu ergibt sich das Antriebsdrehmoment Ma = 190 kpm Antriebsleistung (bei einem
Wirkungsgrad von 0,75) N (kr) - Ma . n . 0,736/716,2 . 0,75 r 5,2 KW Diese Leistungen
sind nur ganz kurzzeitig erforderlich,
und zwar bei verhältnismäßig
großen Pausen, in welchen die Werkstückbearbeitung und die Neubeschickung des magazinseitigen
Greifers erfolgt. Die Antriebsmotoren können daher mit etwa 25 , niedrigeren Leistungswerten
ausgelegt sein.
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Die Bauabmessungen solcher handelsüblicher Motoren liegen etwa bei
250 mm Durchmesser und 500 mm Länge. Die Antriebsleistung einer diesen obigen Annahmen
entsprechenden Werkzeugmaschine kann mit 30 bis 40 KW angenommen werden. Der Stromverbrauch
ist im Verhältnis dazu sehr gering und die Antriebe sind im Verhältnis zur Maschinengröße
gut unterzubringen.
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L e e r s e i t e