DE2641523A1

DE2641523A1 - Verfahren und vorrichtung zum automatischen werkzeugwechsel

Info

Publication number: DE2641523A1
Application number: DE19762641523
Authority: DE
Inventors: Takayosi Hotta; Hiroshi Narushima
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1976-05-08
Filing date: 1976-09-15
Publication date: 1977-11-10
Also published as: NO763101L; DE2641523C2; NO144474B; SE7610103L; DK154192B; DK154192C; NO144474C; SE427994B; DK406776A; US4084300A; JPS52135481A

Description

Patentanwälte D i ρ I.-1 ο g. C u rt Wa 11 ac h

Dipl.-ing. Günther Koch

OC/1 c η Dipl.-Phys. Dr. Tino Haibach

LOh I 0z3 ι Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Dat_um: 1* SER 1976

Unser Zeichen: I5 64θ - Fk/Ne

Okuma Machinery Works Ltd. Nagoya / Japan

Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel bei einer Werkzeugmaschine, bei der ein Schnellspannfutter (das im folgenden als Spannfutter bezeichnet ist) auf der Hauptspindel befestigt ist und zum Viechsei von Werkzeugen betätigt wird.

Bei bekannten automatischen Werkzeugwechselvorrichtungen ist im allgemeinen eine ausschließlich benutzte Antriebseinrichtung vorgesehen, um das Lösen oder Anziehen des Spannfutters, das Erfassen oder Freigeben neuer und alter Werkzeuge, das Drehen und Einstellen eines Werkzeug-Speichermagazins und ähnliches durchzuführen, so daß die Konstruktion und die Steuereinrichtungen kompliziert sind und die Anzahl der Einzelteile groß ist, so daß sich eine sehr kostspielige Vorrichtung ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der diese Nachteile beseitigt sind.

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Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. J5 angegebene Erfindung gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und: Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist eine säulenförmige Halterung in einem Werkzeugwechselbereich vorgesehen, die in einer Richtung senkrecht zur Achsrichtung der Hauptspindel und parallel zur Hauptspindel beweglich ist und ein Schieber ist in Vertikalriehtung verschiebbar auf der säulenförmigenHalterung gehaltert, an der weiterhin eine; Spannfutterbetätigungseinric htung befestigt ist, die nach oben und unten beweglieh ist, um das Spannfutter zu lösen oder anzuziehen und es ist weiterhin ein Werkzeugspeichermagazin -vorgesehen, in dem eine Vielzahl von Werkzeugen aufbewahrt und drehbar gehaltert ist, so daß die Werkzeuge um die säulenförmige Halterung in einer Horizontalebene drehbar sind. Der Spindelkopf wird durch einen Werkzeugwechselbefehl in einer Richtung senkrecht zur Achsrichtung der Hauptspindel bewegt und danach wird die säulenförmige Halterung durch die Bewegung des Spindelkopfes in einer Richtung senkrecht zur Achsrichtung der Hauptspindel bewegt, und zwar zu der Zeit, wenn die Achse der Hauptspindel mit der Werkzeugwechse!position des Magazines ausgerichtet ist, und während der Bewegung der säulenförmigen Halterung kommen die Spännvörrichtungsbetätigungseinrichtung und das Werkzeugspeichermagazin in Eingriff mit einem Betätigungsfeil, das an einem stationären Teil vorgesehen ist,, so daß das öffnen oder Anziehen des Spannfutters und das Drehen und die Einstellung des Werkzeugspeichermagazins durchgeführt wird . """-/■""'"

Auf diese Weise wird eine automatische-Werkzeugwechselvorrichtung-geschaffen, bei der das öffnen oder Anziehen eines auf der Hauptspindel befestigten Spannfutters, das Erfassen oder Freigeben der neuen bzw. alten Werkzeuge und das Drehen oder Einstellen eines Werkzeugspeichermagazins, in dem eine Vielzahl von Werkzeugen gespeichert ist, durch Bewegen des Spindelkopfes oder der Hauptspindel in zwei Richtungen durchgeführt

wird, d.h. eine Richtung der Axialrichtung der Hauptspindel und eine Richtung senkrecht hierzu, ohne daß eine ausschließlich verwendbare Antriebseinrichtung erforderlich ist.

Weiterhin wird eine säulenförmige Halterung in einem Werkzeugwechselbereich geschaffen, die in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel und parallel zur Hauptspindel beweglich ist und auf der ein Schieber in Vertikalrichtung vsrschiebbar ist, an dem eine Spannfutterbetätigungseinrichtung zum Lösen und Anziehen des Spannfutters durch Aufwärts-und Abwärtsbewegen befestigt ist und das Werkzeugspeichermagazin, in dem eine Vielzahl von Werkzeugen gespeichert ist, ist drehbar so befestigt, daß es um die säulenförmige Halterung in einer Horizontalebene drehbar ist. Der Spindelkopf wird durch einen Werkzeugwechselbefehl in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel bewegt und die säulenförmige Halterung wird durch die Bewegung des Spindelkopfes in einer Richtung senkrecht zur Achsrichtung der Hauptspindel dann bewegt, wenn die Achse der Hauptspindel mit der Werkzeugwechselposition des Werkzeugspeichermagazines ausgerichtet ist und während der Bewegung der säulenförmigen Halterung kommen die Spannfutterbetätigungseinrichtung und das Werkzeugspeichermagazin mit einem Betätigungsteil in Eingriff, das an einem stationären Teil befestigt ist, so daß auf diese Weise das Lösen oder Anziehen des Spannfutters und das Drehen und Εΐητ stellen des Werkzeugspeichermagazins durchgeführt wird, so daß eine ohnehin in einer Werkzeugmaschine erforderliche Bewegung zum Werkzeugwechsel ausgenutzt wird und eine Antriebseinrichtung, die ausschlJe ßlich für das Lösen oder Anziehen des Spannfutters und zur Drehung und Einstellung des Werkzeugspeichermagazins fortgelassen werden kann. Auf diese Weise wird die Anzahl der mechanischen Teile und der elektrischen Steuereinrichtungen weitgehend verringert, und es ergibt sich eine weniger kostspielige, leichtere und kompaktere Konstruktion, bei der das Auftreten von Schwierigkeiten soweit wie möglich verringert ist und der Werkzeugwechsel effektiv und zuverlässig durchgeführt wird.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Bohrmaschine, auf die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung angewendet wird;

Pig. 2 eine Seitenansicht hiervon;

Pig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III nach Fig. 2:

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV nach Fig. 3;

Fig. 5 die Bewegungsbahn des Spindelkopfes beim Werkzeugwechsel;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Bewegungen des Spindelkopfes, des Werkzeugspeichermagazins, des Arms und des Schiebers in dem Werkzeugwechselbereich;

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer numerischen Steuereinrichtung zur Steuerung der Bewegung einer Säule;

Fig. 8 eine abgeänderte Ausführungsform, bei der der Körper des Werkzeugspeichermagazins gedreht wird, wobei dieser Querschnitt im wesentlichen den gleichen Teil zeigt, wie in Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein Werkstücktisch 2 zur Befestigung eines Werkstückes W auf der oberen Fläche eines Maschinenbettes 1 derart

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befestigt, daß er in einer horizontalen Ebene drehbar ist.

Das Maschinenbett 1 ist weiterhin mit einer zylindrischen Säule J derart versehen, daß die Säule 3 mit Hilfe (nicht gezeigter) Antriebseinrichtungen \3reht und in Vertikalriehtung aufwärts und abwärts verschoben werden kann. Mit dem oberen Teil der Säule j5 ist ein Spindelkopf 5 fest verbunden, der eine Hauptspindel 4 drehbar lagert, die eine vertikal ausgerichtete Achse aufweist, die eine Dreh- und Vertikalbewegung zusammen mit der Säule 3 entsprechend der Bewegung dieser Säule ausführt.

In das untere Ende der Hauptspindel 4 ist ein Spannfutter eingesetzt, das ein Werkzeug T einspannt. Ein drehbar an dem Hauptteil· der Säule 3 befestigter Arm 7, der um die Achse der Säule gedreht werden kann, springt zu einer Position von dem Tisch 2 fort vor, wobei die Hauptspindel· 4 durch die Drehung der Säule durch diese Position gedreht wird. Ein Haltearm ist an dem Maschinenbett 1 auf der gegenüberliegenden Seite zum vorderen Ende des Armes 7 befestigt. Der Arm 7 wird zu der Seite, an der der-Haltearm befestigt ist, d.h. zu der Seite des Tisches mit Hilfe einer Zugfeder 9 gezogen, die zwischen dem Arm 7 und dem Haltearm 8 vorgesehen ist. Ein fest an dem Arm 7 befestigter AnscMag 10 stoppt diesen Arm in einer Position, in der er an dem Haltearm 8 anliegt, doch wird der Arm in die Position bewegt, die durch eine mit zwei Punkten strichpunktierte Linie dargestellt ist, wenn er durch den Spindelkopf 5 beim Werkzeugwechsel bewegt wird. An dem Arm 7 ist in Vertikalrichtung eine säulenförmige Halterung 11 festgelegt, die am Mittelteil· mit einer durchgehenden Bohrung versehen ist. Die Achse der säuienförmlgen Halterung schneidet die Drehbahn der Hauptspindel 4. In die durchgehende Bohrung der säulenförmigen Halterung 11 ist eine Stange 14 eingesetzt, die normalerweise mit Hilfe einer Feder 15 nach oben hin vorgespannt ist und die am unteren Endteil mit einem Nockenfolger 12 und an der oberen Seiten^äche mit einem Nocken IjJ ver-

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sehen ist, der das. Spannfutter 6 durch. Drehen eines Hebels 22 löst, der weiter unten beschrieben wird. Der Hocken 13 erstreckt sich durch einen in der säulenförmigen Halterung 11 in Axialrichtung vorgesehenen Schlitz l6 und springt nach außen, durch diesen Schlitz .16 hindurch vor. Weiterhin ist ein Schieber I9, der an einem Armteil l8 mit einem horizontalen StiftIJ verschraubt ist, an dem oberen äußeren Umfang der säulenförmigen Halterung 11 so befestigt, daß er aufwärts und abwärts verschiebbar ist. Der Schieber 19 ist mit einer kreisringförmig ausgenommenen Nut 20 versehen, in die ein Eingriffs teil 21, das fest mit dem Spindelkopf '5 verbunden ist, dann eingekoppelt wird, wenn die Hauptspindel zum Werkzeugspeichermagazin-Teil gedreht wird, so daß sich der Schieber 19 entsprechend der Vertikalbewegung der Hauptspindel nach oben und nach unten bewegt, um neue und alte Werkzeuge zu erfassen bzw. freizugeben. Der. Hebel 22 ist am Mittelteil durch den Stift,17 gehaltert und ist an einem Ende mit einem Nockenfolger 23 versehen, der mit der Noekenoberfläche des Nockens IjJ am anderen Ende mit einem hufeisenförmigen Gabelende in Eingriff kommt. An der anderen Seite, des hufeisenförmigen Endes ist ein Stift 25 befestigt, der in eine ringförmige Nut 2.k in dem Außenzylinder des Spannfutters 6 bei der Drehung des Spindelkopfes einsetzbar ist. An dem an dem Maschinenbett 1 befestigten Haltearm 8 ist ein Nocken 26 starr befestigt, der die Stange 14 absenkt, um den Hebel 22 zu'betätigen, wodurch das Spannfutter 6 gelöst wird. Weiterhin ist der Körper 27 des v/erkzeugspeichermagazins drehbar auf dem Hauptteil der säulenförmigen Halterung 11 befestigt. Der Körper 27 des V/erkzeugspeichermagazins ist am oberen äußeren Umfang mit einer ringförmigen Nut 28 versehen. Weiterhin ist eine Vielzahl von Werkzeuggreifern Jl, die sich in. einer horizontalen Ebene lösen und schließen und das Werkzeug T erfassen, an gleichförmigen Intervallen auf einem und dem gleichen Umfang vorgesehen, dessen Mittelpunkt auf der Achse des Körpers des Weikzeugspeichermagäzins liegt. Die Achse der Hauptspindel und der Werkzeug-Greifmittelpunkt der Werkzeug-Greif einrichtungen können mlteinanderjausgerich-

tet werden wenn das Eingriffstell 21 auf dem Boden der ringförmigen Nut 20 des Schiebers 19 zum Eingriff kommt. Die jeweiligen Werkzeuggreifer können auf der Tangentenlinie der Drehbahn der Hauptspindel dann angeordnet werden, wenn die Werkzeuggreifer in die Werkzeugwechselposition eingestellt werden, so daß die Überführung der Werkzeuge gleichförmig durchgeführt werden kann.

Der Werkzeuggreifer 31 umfaßt zwei sich öffnende Backen JtK, 35* die mit Hilfe von Stiften 32, 33 schwenkbar befestigt sind, V-förmige Blattfedern 36, die auf den hinteren Flächen der benachbart zueinander angeordneten Backen 3^-* 35 der Werkzeuggreifer derart befestigt sind, daß die den G-reiferteil der Backen darstellenden vorderen Enden normalerweise geschlossen sind, und einen Anschlagstlft 37* der an dem Körper 27 des Werkzeugspeichermagazins befestigt und auf der Innenseite der vorderen Endteile der beiden sich öffnenden Backen so angeordnet 1st, daß er das Ausmaß des Schlleßens der beiden Backen steuert. Ein Stift 40, der einen Teil 38 mit großem Durchmesser und einen Teil 39 mit geringerem Durchmesser aufweist, ist auf dem Körper des Magazins parallel zur säulenförmigen Halterung 11 an der Innenseite des hinteren Teils des jeweiligen Paares von Backen derart befestigt, daß dieser Stift 4o mit Hilfe einer Feder 4l nach oben hin vorgespannt ist. Ein Teil des einen großen Durchmesser aufweisenden Teils des Stiftes springt nach oben aus dem Körper des Werkzeugspeichermagazins hervor. Eine Scheibe 42 ist auf der oberen Oberfläche des Stiftes befestigt, so daß sie gegenüber der säulenförmigen Halterung aufwärts und abwärts verschiebbar 1st. Der Stift 40 wird in den Körper 27 des Werkzeugspeichermagazins versenkt, wenn der Körper des Magazins gedreht und eingestellt wird, weil die Scheibe 42 durch einen Stift 43 niedergedrückt wird, der am unteren Teil des Nockens 13 vorspringt und beim Absenken der Stange 14 nach unten bewegt wird, so daß der einen großen Durchmesser aufweisende Teil des Stiftes 40 auf der Innenseite des hinteren Teils des Paares von Backen zur Anlage

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kommt, wodurch verhindert wird, daß die vorderen Enden der Backen sich öffnen können. Ein Klinkenrad 44 und ein Zahnrad 45 sind fest in dem unteren Teil des Körpers 27 des Werkzeugspeichermagazins befestigt und vertikal übereinander angeordnet. Das Klinkenrad 44 ist mit Zahnspitzen 46 und Vertiefungen 47 versehen, die abwechselnd miteinander unter gleichen Abständen angeordnet sind, wobei die Anzahl der Zahnspitzen oder Vertiefungen gleich der Anzahl der Werkzeuggreifer ist. Ein Stößel 48 ist geradlinig beweglich und in dem Arm 7 verschiebbar gegenüber den Vertiefungen 47 angeordnet und dieser Stößel wird in die Vertiefungen 47 dadurch eingekoppelt, daß er durch eine Feder 49 vorgespannt wird, so daß auf diese Weise die Dreh- und Einstellposition des Körpers 27 des Werkzeugspeichermagazins bestimmt wird. In Fig. 4 sind der Stößel 48 und die Vertiefung 47 des Klinkenrades so aufgebaut, daß eine Drehung des Klinkenrades 44 im Gegenuhrzeigersinn möglich ist, daß jedoch eine Drehung im Uhrzeigersinn verhindert wird. Ein Stößel 50, mit dem das Klinkenrad 44 in Eingriff kommt, wenn der Arm gedreht wird, ist an dem Haltearm 8 befestigt und dieser Stößel ist so eingesetzt, daß er geradlinig in einer horizontalen Ebene im wesentlichen senkrecht zur Drehrichtung des Arms beweglich ist und er wird gegen den Arm mit Hilfe einer Feder 51 vorgespannt.

Zusätzlich ist ein Drehschalter 52 zur Feststellung und Drehung sowie Einstellung der Position des Klinkenrades an dem Arm 7 befestigt und eine Welle 53 des rotierenden Schalters 52 kann durch ein Zahnrad 5^ gedreht werden, das mit dem Zahnrad 45 kämmt.

Fig. 5 zeigt die Bewegungsbahn des Spindelkopfes beim Wechsel des Werkzeuges. Die jeweiligen Positionen des Spindelkopfes sindjwie folgt dargestellt: CL, Z_Q - die Position des Spindelkopfes vor Beginn des Werkzeugwechsels; C_Q, Z, - die Position des Spindelkopfes, der durch einen Werkzeugwechselbefehl in eine vorgegebene Höhe gebracht wurde; Cp, Z. - die Position des Spindelkopfes wenn der Werkzeugwechsel beginnt oder be-

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endet wurde; C.,, Z₁ - die Position des Spindelkopfes wenn das Spannfutter vollständig gelöst ist; C-,, Zp - die Position der Hauptwelle wenn sie nach oben herausgezogen wurde, um ein altes Werkzeug herauszuziehen; C₁., Z₂ - Die Position des Spindelkopfes wenn ein neues Werkzeug in die Werkzeugwechselposition gebracht wird; C^, Z₁ - die Position des Spindelkopfes, der abgesenkt ist, um ein neues Werkzeug in das Spannfutter einzusetzen; und C₁, Z₁ - die Position des Spindelkopfes in der er für eine darauffolgende Bearbeitung nach Beendigung des Werkzeugwechsels bereit ist.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer numerischen Steuereinrichtung zur Steuerung der Bewegung einer Säule, bei der auf einem Band 6l aufgezeichnete Daten von einem Bandleser 62 ausgelesen werden. Säulen-Drehbefehlsdaten aus den ausgelesenen Befehlsdaten v/erden in einem Befehlsregister 6j5 gespeichert, während Säulenanhebe-Befehlsdaten von einem Befehlsregister

64 gespeichert werden. Bei Empfang eines Säulendrehbefehlswerfces und eines Säulenanhebebefehlswertes von den Befehlsregistern 6j5 bzw. 64 erzeugen Funktionsgeneratoren 65, 66 momentane Ausgänge der Säule während sich diese dreht und angehoben wird, die Subtrahierern 67 und 68 als momentane Befehlswerte zugeführt werden bis die Befehlswerte Werte werden, die aufeinanderfolgend die gewünschten Werte anzeigen. Die Subtrahierer 6j, 68 subtrahieren die Ausgangswerte eines Säulen-Drehpositbns-Meßfühlers 75 und eines Säulen-Anhebepositionsmeßfühlers 76 von den Ausgangswerten der Funktionsgeneratoren

65 bzw. 66 und führen die festgestellten Differenzen Digital-/ Analogkonvertern 69, 70 zu. Der durch die Digital-/Analogkonverter in Analoggrößen umgewandelte Ausgang wird durch Servoverstärker 71, 72 verstärkt, um einen Säulendreh-Elektromotor 73 und einen Säulenhebe-Elektromotor Ik anzutreiben. Der Antrieb der Säule verändert die Ausgänge der Positionsmeßfühler 75, 76. Weil die Funktionsgeneratoren 65, 66 kontinuierlich momentane Ausgänge als momentane Befehlswerte erzeugen, wird der Antrieb des Säulendreh-Elektromotors 73 und des Säulen-Anhebe-Elektromotors 74 unterbrochen wenn die in

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den Subtrahierern 67, 68 gebildete Differenz gleich O wird. Im Vorstehenden wurde die übliche numerische Steuerung ohne Berücksichtigung des Werkzeugwechsels beschrieben. Im folgenden soll die numerische Steuerung beschrieben werden, bei der der Werkzeugwechsel erfolgt. Hit der Bezügsziffer 80 ist ein Werk- -zeugwechsel-Datenregister bezeichnet, das die von dem Bandleser 62 ausgelesenen Werkzeugwechseldaten speichert. Mit den Bezugsziffern 81 , 82/83, 84, 85, 87, 88, 89 und 90 sind Befehlsschaltungen bezeichnet, die leistungslose Befehlsregister einschließen und aufeinanderfolgend Befehlswerte an die Punktionsgeneratoren 65, 66 entsprechend des Fortganges des Werkzeugwechsels liefern. Die darauffolgendeBewegung wurde im Vorstehenden beschrieben. Die Befehlsschaltungen 8l, 87 speichern die Befehlswerte für die.Einstellung des Spindelkopfes an der Hohe von-Z,, die Befehlsschaltungen 82 und 88 speichern die Befehlswerte zum Drehen und Einstellen des Spindelkopfes auf die Drehposition C₂, die Befehlsschaltungen 85 und 90 speichern die Befehlswerte zur Einstellung des Spindelkopfes auf die Drehstellung CU, die Befehlsschältung 84 speichert den Befehlswert für die Einstellung des Spindelkopfes auf die Höhe von Z₂, die Befehlsschaltung 85 speichert den Befehlswert für die Einstellung des Spindelkopfes auf die Drehstellung von C₂, und die Befehlsschaltung 89 speichert den Befehlswert zur Einstellung des Spindelkopfes auf die Drehposition C₁-.""Mit der Bezugsziffer 86 ist eine Koinzidenzschaltung bezeichnet, die. ein Werkzeugbefehlssignal, das von dem Werkzeugwechsel-Datenregister 80 ausgesandt wird, und ein Werkzeugmeßsignal empfängt, das von dem rotierenden^Schalter 52 ausgesandt wird und die einen Betrieb-der Be f endschaltung 87 bei Koinzidenz dieser beiden Signale,und einen Betrieb der Befehlsschaltung 90 bei fehlender Koinzidenz zwischen diesen beiden Signalen bewirkt.

Im folgenden wird die Betriebsweise des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert. Wenn ein Werkzeugwechselbefehl von dem Bandleser 62 ausgelesen wird, werden die Werkzeugwechseldaten von dem Werkzeugwechsel-Datenregister 80 gespeichert. Danach wird der gewünschte Wert der Position Z₁ des

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Hauptspindelkopfes 5 dem Punktionsgenerator 66 von der Befehlsschaltung 81 zugeführt, um die Säule 3 anzuheben, die ihrerseits den Spindelkopf auf die Position CL, Z, einstellt. Als nächstes wird die Befehlsschaltung 82 betätigt, um die Säule zu drehen, wodurch der Spindelkopf auf die Position C^, Z_? gebracht wird. In dieser Position wird das alte in das Spannfutter 6 eingespannte Werkzeug von dem Werkzeuggreifer 31 des Werkzeugspeichermagazins erfaßt und der Stift 25 des Hebels befindet sich in der ringförmigen Nut 24 in dem äußeren Zylinder des Spannfutters 6. Zusätzlich wird das Eingriffsteil 21, das fest an dem Spindelkopf befestigt ist, in die ringförmige Nut 20 des Schiebers I9 eingekoppelt und stößt auf den Boden der Nut auf. Als nächstes wird die Befehlsschaltung 83 betätigt, um die Säule 3 zu drehen, wodurch der Spindelkopf auf die Position Ο,, Z₁ gedreht wird. Während dieser Zeit drückt das Eingriffsteil 21 des Spindelkopfes den Schieber I9 nach unten, wodurch der Arm 7 im Uhrzeigersinn gemäß Fig. 2 durch die säulenförmige Halterung 11 gegen die Vorspannkraft der Zugfeder 9 gedreht wird. Wenn der Arm im Uhrzeigersinn (d.h. Bewegung nach rechts in Fig. 3) gedreht wird, wird der Nockenfolger 12 der Stange 14 entlang der unteren Oberfläche des Nockens 2.6 des Haltearms 8 bewegt und die Oberfläche des Nockens bewirkt ein Absenken der Stange 14 und entsprechend diesem Absenken der Stange 14 bewirkt der Nocken 13 eine Drehung des Hebels 22 im Uhrzeigersinn, so daß das Spannfutter 6 gelöst wird. Wenn der NociEn 13 nach unten bewegt wird, wird die Scheibe 42 von dem Stift 43 nach unten gedrückt und der Stift 40 wird in den Körper des Werkzeugspeichermagazins versenkt, so daß die Enden des Werkzeuggreifers 31 so festgelegt werden, daß sie nicht geöffnet werden können. Als nächstes wird die Befehlsschaltung 84 betätigt, die die Säule anhebt, wodurch der Spindelkopf auf die Position C,, Z₂ gebracht wird. Während dieser Zeit wird der Spindelkopf angehoben, während sein Eingriffsteil 21 mit dem Schieber I9 in Eingriff steht. Daher wird das Spannfutter 6 gelöst gehalten und das alte Werkzeug wird in dieser Position von dem

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Spannfutter getrennt. Danach "wird die Befehlsschaltung 85 betätigt, um die Säule zu drehen, wodurch der Spindelkopf auf die Position C,, Z₂ gebracht wird. Während dieser Zeit bevjirkt der Spindelkopf weiterhin eine Drehung des Arms 7 im Uhrzeigersinn. Während sich der Arm im Uhrzeigersinn dreht, stößt die Schulter des Zahnspitzenteils'46 des Klinkenrades 44, das am unteren Teil des Körpers 27 des Magazins befestigt ist, auf den Stößel 50 des £Ialtearms 8, der fest an dem Maschinenbett befestigt ist. Weil der Arm selbst danach noch kontinuierlich gedreht xvird, bewirkt das Klinkenrad ein Zurückschieben des Stößels 48 des Arms gegen die elastische Kraft der Feder 49 und es wird um eine Zahnteilung im Gegenuhrzeigersinn gemäß der Zeichnung gedreht, so daß ein neues Werkzeug in die Werkzeugwechse!position eingestellt wird. Währendjdieses Vorganges dreht das mit dem Zahnrad 45 des Körpers 27 des Werkzeugspeichermagazins kämmende Zahnrad 5^ die Welle 53 des Drehschalters 52 und ein dem neuen Werkzeug entsprechendes Signal wird der Koinzidenzschaltung 86 von dem Drehschalter zugeführt. Die Koinzidenzschaltung empfängt ein Werkzeugbefehlssignal.von dem Werkzeugwechsel-Datenregister 80 und ein Werkzeug-Meßfühlersignal von dem rotierenden Schalter und sie bewirkt eine Betätigung der Befehlsschaltung 87 wenn die beiden Signale übereinstimmen, Wenn die beiden Signale nicht übereinstimmen, bewirkt die Koinzidenzschaltung einen Betrieb der Befehisschaltung90, so daß die Säule gedreht wird, worauf der Spindelkopf in die Position C,, Z₂ zurückkehrt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Arm zusammen mit dem Spindelkopf mit Hilfe der Zugfeder 9 zurückgezogen. Während dieser Zeit hält das Werkzeugspeichermagazin die Position um eine Zahntellung gedreht. Danach wird die Befehls schaltung 85 erneut betätigt, um die Säule zu drehen, wodurch der Spindelkopf in die Stellung C₁,, Z₂ gebracht wird. Während dieser Zeit wird der Körper des Werkzeugspeichermagazins um eine Zahnteilung im Gegenuhrzeigersinn weitergedreht und der Drehschalter sendet ein Werkzeugeinstellungs-Meßfühlerslgnal an die Koinzidenzschaltung. Daher wird der Vorgang solange

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fortgesetzt, bis die beiden Signale übereinstimmen. Wenn ein Koinzidenzsignal von der Koinzidenzschaltung ausgesandt wird, wird die Befehlsschaltung 87 betätigt und senkt die Säule ab, wodurch der Spindelkopf auf die Position Cp, Z, gebracht wird. Dieser Vorgang bewirkt das Einsetzen eines neuen Werkzeuges in das Spannfutter 6. Darauf wird die Befehlsschaltung 88 betätigt, um die Säule zu drehen, die ihrerseits den Spindelkopf in die Position C₂J Z^ bringt. Zu dieser ^zeit wird der Arm zusammen mit dem Spindelkopf mit Hilfe der Zugfeder 9 im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Wenn der Arm im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird der Nockenfoiger 12 der Stange 14 entlang der Nockenoberfläche des Nockens 26 bewegt, um die Stange anzuheben, das Spannfutter wird durch Umkehrung des vorstehend beschriebenen Vorganges angezogen und ein neues Werkzeug wird von dem Spannfutter erfaßt und zur gleichen Zeit wird der Stift 4o freigegeben, so daß auf diese Weise der Werkzeuggreifer entriegelt wird. Darauf wird die Befehlsschaltung betätigt, um die Säule zu drehen, die ihrerseits den Spindelkopf auf die Position C₁, Z^ bringt und den Spindelkopf für die darauffolgende Bearbeitung bereitmacht. Während dieser Zeit stößt der Anschlag 10, der an dem Arm befestigt ist, an dem Haltearm 8 an, so daß sich der Arm 7 nicht weiter mit dem Spindelkopf drehen kann.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Werkzeugmagazin gedreht und eingestellt wird. Das Werkzeugmagazin 27 ist an seinem unteren Teil mit einer rotierenden Ein-Richtungs-Kupplung 95 versehen. Ein Zahnrad 96 ist fest mit dem äußeren Umfang der Kupplung 95 verbunden. Andererseits ist eine kreisförmig bogenförmige Innenverzahnung 97, deren Mittelpunkt auf der Achse der Säule 35 liegt, an dem Haltearm 8 befestigt, und das Zahnrad 96 und die Innenverzahnung 97 kämmen miteinander. Diese rotierende Ein-Richtungs-Kupplung 95 überträgt die Drehung des Zahnrades 96 auf das Magazin, wenn der Arm 7 im Uhrzeigersinn gedreht wird, während sie die Drehung des Zahnrades .96 nicht auf das Magazin überträgt, wenn der Arm im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. In diesem

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Pall kann die in dem Blockschaltbild nach Fig. 6 gezeigte Befehlsschaitung 85 so ausgebildet werden, daß sie den Befehlswert zur Einstellung des Spindelkopfes an der Drehposition speichert, die erforderlich ist, damit der Arm gedreht wird, um dasZahnrad 96 zu drehen, so daß alle Werkzeuge des Werkzeugspeichermagazins auf die Werkzeugwechselposition gedreht und eingestellt werden. Daher kann die Befehlsschaltung 90 fortgelassen werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein neues Werkzeug auf die Werkzeugwechselposit.ion eingestellt, während der Spindelkopf von der Position C,, Z₂ zur Position Cj,, Z₂ bewegt Wird, so daß in vorteilhafter Weise die Werkzeugweohselzelt verringert werden kann. Die Betriebsweise der Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist folgende: Wenn die Befehlsschaltung 85 betätigt wird, um den Arm im Uhrzeigersinn zu drehen, werden das Zahnrad 96 und das Magazin einstückig miteinander durchL die rotierende Ein-Riehtungs-Kupplung 95 verbunden und das Magazin wird im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Während dieser Zeit werden Werkzeugmeßfühlersignale aufeinanderfolgend von dem rotierenden Schalter 5² a*¹ die Koinzidenzschaltung 86 ausgesandt. Die Koinzidenzschaltung ■ empfängt das Werkzeugbefehlssignal und das Werkzeug-Meßfühlersignal und schaltet die Befehisschaltung 85 ab, während die Befehlsschaltung 87 eingeschaltet wird wenn die beiden Signale übereinstimmen.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer Werkzeugmaschine beschrieben, bei der der Spindelkopf drehbar ist. Selbstverständlich ist die Erfindung auch auf Werkzeugmaschinen anwendbar, bei denen der Spindelkopf geradlinig in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel beweglich ist.

Patentansprüche: 70984570613 /"

Le e rs e f te

Claims

Patentansprüche :

1./Verfahren zum automatischen Werkzeugwechsel bei einer Werkzeugmaschine mit einer Hauptspindel und einem Werkzeugs pe ichermagaz in, gekennzeichne t durch einen ersten Schritt, bei dem die Hauptspindel zusammen mit dem Werkzeugspeichermagazin in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel bewegt wird, um ein Spannfutter auf der Hauptspindel in einem Werkzeugwechselbereich zu lösen oder anzuziehen, einen zweiten Schritt, bei dem die Hauptspindel in der Axialrichtung bewegt wird, um ein Werkzeug zu erfassen oder freizugeben, und einen dritten Schritt, bei dem die Hauptspindel von der genannten Bewegungsposition in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel weiterbewegt wird, so daß das Magazin zur Einstellung eines Werkzeuges gedreht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennze ichne t durch den Schritt des Verschwenkens der Hauptspindel zusammen mit dem Werkzeugspeichermagazin in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel zum Lösen des Spannfutters auf der Hauptspindel in dem Werkzeugwechselbereich., den Schritt des Anhebens der Hauptspindel in Axialrichtung zum Herausziehen eines alten Werkzeuges aus dem gelösten Spannfutter, den Schritt der weiteren Verschwenkung der Hauptspindel zusammen mit einem Werkzeugmagazin ausgehend von der genannten Schwenkstellung zur Drehung des Magazins zur Einstellung eines neuen Werkzeuges, den Schritt des Absenkens der Hauptspindel in Axialrlenkung zum Einsetzen eines neuen Werkzeuges in das gelöste Spannfutter und den Schritt des Verschwenkens der Hauptspindel zusammen mit dem Magazin in einer derartigen Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel, daß das Spannfutter angezogen wird und das neu eingesetzte Werkzeug einspannt.

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ORIGINAL INSPECTED

3» Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel bei einer Werkzeugmaschine mit einem Spindelkopf, in der die Hauptspindel drehbar gelagert ist und mit einem Werkzeugspeichermagazin, dadurch gekennzei chne t, daß der Spindelkopf (5) in Axialrichtung der Hauptspindel (4) und in einer Richtung senkrecht zur Achsrichtung der Hauptspindel (4) mit Hilfe von Antriebseinrichtungen beweglich ist, daß ein Schnellspannfutter (6) zum Einspannen eines Werkzeuges (T) an der Hauptspindel (4) befestigt ist, daß das Werkzeugspeichermagazin (27) in einer Richtung senkrecht zur Achsrichtung der Hauptspindel (4) in einen Werkzeugweehselbereieh bewegbar und auf der Achsrichtung der Hauptspindel als Drehachse drehbar ist und eine Vielzahl von Werkzeugen speichert, daß eine Spannfutterbetätigungseinrichtung (14, 19, 22) an dem Werkzeugspeichermagazin gehaltert und in Axialrichtung der Hauptspindel verschiebbar ist und daß ein Betätigungsteil an einem stationären Teil vorgesehen ist, das mit der Spannfutterbetätigungseinrichtung und dem Magazin in Eingriff kommt, um das Spannfutter zu lösen oder anzuziehen und um das Magazin zu drehen und einzustellen, wenn das Magazin to einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel entsprechend der Bewegung des Spindelkopfes in dem Werkzeugwechselbereich bewegt wird, so daß der Spindelkopf (5) in Axialrichtung der Hauptspindel (4) und in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Hauptspindel zum Wechsel von Werkzeugen bewegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannfutterbetätigungseinrichtung einen Nocken (26) und einen Stößel, die an dem stationären Teil (8) befestigt sind, eine in Vertikalrichtung in dem Magazin mit Hilfe des Nockens entsprechend der Bewegung des Spindelkopfes bewegliche Stange (l4) zur Betätigung der Spannfutterbetätigungseinrichtung und ein Klinkenrad (44) einschließt, das an dem Magazin vorgesehen ist und mit einem Stößel (48,

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50) in Eingriff und außer Eingriff bringbar ist., der an dem stationärenOMl (8) vorgesehen ist, um das Magazin entsprechend der Bewegung des Spindelkopfes zu drehen und einzustellen.

Vorrichtung nach Anspruch 3s dadurch gekennzeichnet, daß die Spannfutterbetätigungseinrichtung durch einen Nocken und eine Innenverzahnung (97) gebildet ist, die beide an dem stationären Teil (8) vorgesehen sind und daß eine Stange (lA) vorgesehen 1st, die in Vertikalrichtung in dem Magazin mit Hilfe des Nockens (26) entsprechend der Bewegung des Spindelkopfes in Vertikalrichtung beweglich ist, so daß die Spannfutterbetätigungseinrichtung und ein in dem Magazin vorgesehenes Zahnrad mit Hilfe einer Ein-. Richtungs-Kupplung betätigbar ist, wobei dieses Zahnrad mit der Innenverzahnung (97) an dem stationären Teil (8) zusammenwirkt,· um das Magazin entsprechend der Bewegung des Spindelkopfes zu drehen und einzustellen.

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