DE2710314A1

DE2710314A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2710314A1
Application number: DE19772710314
Authority: DE
Inventors: Freddie G Schimanski
Original assignee: Wells Manufacturing Corp
Current assignee: Wells Vehicle Electronics LP
Priority date: 1976-03-12
Filing date: 1977-03-09
Publication date: 1977-09-15
Also published as: JPS52112179A; SE7702790L; IT1082686B; US4041601A; GB1573784A

Description

27103U

DIPL.-ING. HANS W. GItOENING

Γ A T £ N T A λ' W Λ L T

V.' 3 7-2

Wells Manufacturing Corporation

407, Jefferson Street

Three Rivers

Michigan 49093

U.S.A.

Werkzeugmaschine

Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf einen Werkzeugwechselmechanismus für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und mehr noch auf einen verbesserten automatischen Werkzeugwechsler mit einer Doppelarmkonstruktion für einen schnellen Wechsel von Werkzeugen mit einer minimalen Aus-Zeit, wodurch sich insbesondere ein kurzes "Span-zu-Span"-Intervall ("chip-to-chip") ergibt.

In bekannten Werkzeugmaschinen wird das Werkstück auf einem Tisch angeordnet, welcher auf der Basis der Maschine für eine horizontale Bewegung entlang zweier senkrechter Achsen

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SIIBEItTSTR. 4 · 8000 MÜNCHEN 80 ■ POB 860310 · KAHEL: ΠΗ ΕΙΧΡΛΤΕΝΤ ■ TEL. (080) 4710 79 ■ TELEX 3-22039

befestigt ist. Jede Art von Werkstücken kann so in eine Position gebracht werden, um durch ein an einer Spindel befestiqtes und durch diese angetriebenes Werkzeug bearbeitet zu werden, wobei sich die Spindel um eine vertikale Achse über dem Arbeitstisch dreht und von einem am Grundgestell der Maschine für eine Auf- und Abbewegung entlang der Vertikalachse der Maschine befestigten Spindelkopf getragen wird.

Mit einer numerischen Steuerung können alle Bewegungen der Maschinenkomponenten entlang dreier Achsen automatisch bewirkt und nach einem vorbestimmten Programm gesteuert werden. Jedoch können manche Vorteile der numerischen Steuerung nicht realisiert werden, wenn die Maschine nicht mit einem automatischen Werkzeugwechsler ausgerüstet ist, durch den Werkzeuge von einem Werkzeuglagermagazin wegbewegt und in die Spindel eingeführt werden können und durch den ebenso die Werkzeuge von der Spindel wieder abgezogen und in das Lagermagazin zurückgeführt werden können.

In früheren Jahren hat man Werkzeugmaschinen mit automatischen Werkzeugwechselmechanismen konstruiert, mit denen eine Werkzeugmaschine eine große Anzahl von Werkzeugen verschiedenen Typs verwenden konnte. Die maschinellen Arbeitsvorgänge werden durch sogenannte numerische Steuermethoden gesteuert. Nachdem ein besonderer maschineller Bearbeitungsprozeß beendet ist, wird das alte Werkzeug automatisch von der Maschinenspindel beseitigt und im Werkzeuglagermagazin abgelegt. Dann wird ein neues Werkzeug automatisch von dem Werkzeuglagermagazin genommen und in der Maschinenspindel eingesetzt.

Werkzeugmaschinen ^ die mit automatischen Werkzeugwechslern ausgerüstet sind, waren zu einer gewissen Zeit verfügbar. Eine Reihe US-Patente wurden bereits für solche Maschinen erteilt.

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Unter diesen sind folgende erwähnenswert: US-PS'en Nr. 3 286 344, 3 316 629, 3 465 971, 3 2OG 492, 3 412 459, 3 161 951, 3 276 116, 3 256 600, 3 465 890, 3 465 739, 3 545 075, 3 551 984, 3 811 179, 3 822 466. Außerdem wird auf das amerikanische Reissue-Patent Nr. 25 73 7 hingewiesen. Das GB-Patent 1 205 104 aus dem Jahre 1970 beschreibt einen anderen Stand der Technik hinsichtlich der Werkzeugwechsler.

Die in den vorgenannten Patentschriften beschriebenen Maschinen erzielen einen gewissen kommerziellen Erfolg, haben jedoch den Nachteil, daß bei all diesen Maschinen die unproduktive Zeit beim Wechseln von einem Werkzeug zum anderen einen ernsthaften Faktor hinsichtlich der Produktionsbegrenzung darstellt.

Es ist außerordentlich wünschenswert, den automatischen Werkzeugwechselvorgang innerhalb möglichst kurzer Zeitintervalle zu bewirken. Bei einer maschinellen Bearbeitung, die eine grosse Anzahl verschiedener Arbeitsvorgänge mit einer großen Anzahl verschiedener Bearbeitungswerkzeuge erfordert, kann die für den Wechsel der Schneidwerkzeuge zwischen jedem Bearbeitungsvorgang erforderliche Zeit um einen beträchtlichen Betrag einer "Totzeit" hinzugezählt werden.

Das bei den zur Zeit existierenden automatischen Werkzeugwechslern bestehende Problem ist darin zu sehen, daß die erforderliche Überführungszeit zum Auswechseln des Werkzeuges größer als erwünscht ist. Dieses Problem besteht dank der Tatsache, daß die Werkzeugüberführungsgreifklauen und Arme so konstruiert und angeordnet sind, daß sie eine Vielzahl mechanischer Schritte beinhaltende Bewegungen der Überführungsarme erfordern, woraus sich ergibt, daß mit der Maschine nicht bearbeitet werden kann, bis alle bzw. ein Großteil der Bewe-

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gungen vollständig durchgeführt sind. Hinzu könnt, daß dann Zeit verloren v/ird, wenn ein gewünschtes Werkzeug aus dem Lagermagazin ausgewählt wird oder dieses nachfolgend wieder in eine spezielle Station abgelegt wird.

Die vorliegende Erfindung verbessert die Ausbildung von automatischen Werkzeugwechslern dadurch, daß ein zeitlich ver kürzter Werkzeugwechselzyklus geschaffen wird und daß eine Werkzeugwechselfolge vorgesehen wird, mit der der Bearbeitungsprozeß fortgesetzt werden kann, während eine Anzahl von Schritten der Werkzeugfolge, wie die Werkzeugauswahl und die fertige Positionierung, gleichzeitig zur Durchführung gelangen.

Die Erfindung erreicht ein derartiges Ergebnis durch die Verwendung eines einzigen Doppel-Arm-Werkzeugüberführungs-Mechanismus für eine metallverarbeitende Maschine, wie eine Fräsmaschine.

Entsprechend der Erfindung ist eine Trageinrichtung verschiebbar auf dem Werkzeugmaschinengestell zwischen einem Werkzeuglagermagazin und einer drehbaren Werkzeugspindel oder einer ähnlichen Einrichtung angeordnet, die im Gestell drehbar gelagert ist. Das Werkzeuglagermagazin ist gegenüber dem Gestell fest angeordnet und hat eine Vielzahl von Werkzeuglagerschlitzen zum Lagern einer Vielzahl von Werkzeugen. Das Lagermagazin kann steif auf einer Auskragung des Gestells, sofern dies gewünscht wird, befestigt werden. Auf der Traganordnung ist drehbar ein Ausleger angeordnet. Der Ausleger ist mit zwei teleskopartigen Werkzeugüberführungsarmen versehen, die im wesentlichen in einer Ebene und senkrecht zur Achse der drehbaren Werkzeugspindel der Metallverarbeitungsmaschine angeordnet sind. Die beiden Überführungsarme sind in einem festen spitzen Winkel

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zueinander angeordnet. Auf diese Weise haben der Ausleger und die beiden Überführungsarme zusammen im wesentlichen eine Y-Form. Die Traganordnung wird für eine Verschiebebewegung auf dem Gestell zum wechselseitigen Anheben und Absenken des Auslegers im wesentlichen quer zur Ebene der Überführungsarme und im wesentlichen parallel zur Spindelachse gesteuert und betätigt. Der Ausleger ist für eine Drehung der Überführungsarme in einer im wesentlichen normal zur Spindelachse liegenden Ebene auf der Traganordnung befestigt, wodurch jeder Überführungsarm in eine solche Stellung gebracht werden kann, daß er an einen Werkzeug sowohl im Lagermagazin als auch in der Spindel angreift,

Mit dieser Konstruktionsart können, wenn ein Werkzeugwechsel gewünscht wird, die ersten Werkzeugauswahlschritte zur Verschaffung eines neuen Werkzeuges vom Lagermagazin und die Bewegungsschritte für die endgültige Positionierung vollständig durchgeführt werden, um das Werkzeug in die Nähe der rotierenden Spindel zu bewegen, während der Fräsvorgang mit dem alten Werkzeug noch durchgeführt wird. Insbesondere betätigt das numerische Steuersystem das Werkzeuglagermagazin hinsichtlich einer automatischen Einstellung eines ausgewählten, das neue Werkzeug tragenden Werkzeuglagerschlitzes in eine Greifposition, bevor das numerische Steuersystem der Maschine einen Metallbearbeitungsvorgang beendet hat und wenn ein neues Schneidwerkzeug für den nächsten Bearbeitungsvorgang erforderlich ist. Nachfolgend wird einer der beiden Überführungsarme zur Entnahme des neuen Werkzeuges aus dem Werkzeuglagermagazinschlitz bewegt. Das Werkzeug wird durch diesen Überführungsarm gegriffen und vom Lagerschlitz des Lagermagazins wegbewegt. Bevor der Bearbeitungsvorgang beendet ist, werden beide Überführungsarme gleichzeitig in Richtung auf die Maschinenwerkzeugspindel bewegt, wobei der leere Arm zum Werkzeug in der Spindel ausgerichtet wird. Dann wird der leere Überführungsarm mit dem in der Spindel befindlichen Werkzeug in Anlage gebracht und beseitigt das Werkzeug

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aus der Spindel. Der das beseitig be 'Werkzeug haltende Arm wird dann von der Spindel wegbewegt und gleichzeitiq der das neue Werkzeug haltende Arm zur Ausrichtung gegenüber der Spindel bewegt. Machfolgend wird der das neue Werkzeug tragende Arm so bewegt, daß das neue Werkzeug an der Spindel anliegt. Sobald das neue Werkzeug sich in der Spindel befindet, werden beide Überführungsarrne von der Spindel wegbewegt und der nächste Bearbeitungsvorgang kann beginnen. Wenn das nachlaufende Ende des Überführungsarmes der beiden Arme den Arbeitsbereich frei macht, d. h. die Bearbeitungszelle, welche durch das vertikale Fräsgestell und das horizontale Fräsgestell gebildet wird, ist die Spindel frei für den Beginn des nächsten maschinellen Bearbeitungsvorganges mit den neuen Werkzeug. Während der nächste maschinelle Bearbeitunqsprozeß durchgeführt wird, wird der von der Spindel wegbewegte, werkzeughaltende Überführungsarm in Richtung auf das Werkzeuglagermagazin bewegt. Das Werkzeuglagermagazin hat bereits den leeren Werkzeuglagerschlitz zur Aufnahme des alten Werkzeuges in die richtige Stellung gebracht, so daß der das alte Werkzeug tragende Überführungsarm ausgefahren werden kann, um das alte Werkzeug in dem leeren Werkzeugschlitz abzulegen. Der leere Werkzeugüberführungsarm, welcher das neue Werkzeug zur Spindel transportierte, kann noch ein anderes Werkzeug für den nächsten Bearbeitungsvorgang auswählen.

Durch diese Anordnung können die Werkzeugmaschinen-Bearbeitungsvorgänge begonnen und durchgeführt werden, während bestimmte Werkzeugrückfuhr- und Auswechselbewegungen gleichzeitig durch den automatischen Werkzeugwechsler durchgeführt werden. Dies verkürzt die Zeit, während der die Spindel stationär bleiben muß und keinen maschinellen Arbeitsprozeß vollziehen kann.

Während der Doppelarm-Werkzeugüberführungs-Mechanismus gemäß der Erfindung besonders gut für die Verwendung in Fräsmaschinen,

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d. h. in Konsol-Fräsmaschinen und Bett-Fräsmaschinen, verwendet werden kann, ist die Verwendung des Werkzeugüberführungsmechanismus auch bei Drehbänken oder anderen spanabhebenden Maschinen möglich.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht der Werkzeugmaschine mit der Hauptkonstruktion des automatischen Werkzeugwechslers mit einem auf einem auskragenden Teil des Maschinengestells befestigten Werkzeug lager— magazin,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine mit dem automatischen Werkzeugwechsler,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine ohne

Darstellung der Abdeckung des Lagermagazins und ohne Steuergehäuse,

Fig. 4 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des Werkzeugwechslermechanismus in der Ebene 4-4 der Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Ebene 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Werkzeughalters mit einem darin eingefügten Schneidwerkzeug,

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Fig. 7 eine Teildraufsicht auf das teilweise aufgeschnittene Werkzeuglagermagazin, urn einen 'Werkzeughalter auf der Tragplatte darzustellen,

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Ebene 8-8 der Fig. 7 und

Fig. 9A bis 9D schematische Darstellungen des automatischen Werkzeugwechselmechanismus der Werkzeugmaschine mit der typischen Reihenfolge der Stellungen der Überführungsarme während eines Werkzeugwechselvorganges.

Unter Bezugnahme auf die Darstellung in Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 hauptsächlich eine mit dem automatischen Werkzeugwechsler gemäß der Erfindung ausgerüstete, vertikale Fräsmaschine.

Der Werkzeugwechsler besteht aus einer motorbetätigten Werkzeugüberführungseinrichtung 18, welche ein gewünschtes Werkzeug aus einem Werkzeuglagermagazin 14 auswählt. Die Fräsmaschine 10 besteht aus einem Hauptgestell 22 mit einem auskragenden Teil, welches eine Abstützung für das Werkzeuglagermagazin 14 bildet. Vom Hauptgestell 22 erstreckt sich-über das Werk zeug lagerrnaga— zin 14 eine Abdeckung 13. Entsprechend der Darstellung in Fig.l und 3 umfaßt die Werkzeugüberführungseinrichtung 18 eine säulenartige, im wesentlichen zylindrische Konstruktion mit einem doppelarmigen Ausleger, der im wesentlichen zwischen der Fräsmaschine 10 und dem Werkzeuglagermagazin 14 am Gestell 22 befestigt ist.

Die vertikale Fräsmaschine 10 umfaßt eine Konsole 26, welche sich am Gestell 22 abstützt und für eine vertikale Gleitbewe-

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gup.g auf dein Gestell 22 befestigt ist. Auf der Konsole 26 befindet sich ein Support 28, welcher gegenüber der Vorderseite der Maschine hin und her verschiebbar angeordnet ist. Der Support 23 trägt einen Arbeitstisch 30, welcher auf dem Support entsprechend der Darstellung in Fig. 1 nach links oder nach rechts bewegbar ist. Die Bewegung der Konsole 25, dec» Supports 28 und des Tisches 30 kann in an sich bekannter Weise entweder von Hand oder durch einen Antrieb sowie in Abhängigkeit von einer geeigneten numerischen Steuereinrichtung erfolgen.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 ist über dem Arbeitstisch 30 im vorderen Teil des Rahmens 22 eine Spindelhohlwelle 34 verschiebbar, welche an ihrem unteren Ende eine Spindel 36 trägt, die gedreht wird, wenn durch eine Spindelantriebtransmission 38 oberhalb der Spindelhohlwelle 34 ein Antrieb erfolgt, Die Vertikalbewegung der Spindelhohlwelle 34 in beiden Richtungen wird auf bekannte Weise durchgeführt.

Die Spindel 36 bildet die Arbeitsstation der Fräsmaschine 10, ist drehbar im Spindelkopf 34 gelagert und kann ein Werkzeug 40 aufnehmen, um einen gewünschten maschinellen Vorgang innerhalb eines vertikalen Fräsgestells 31 (Fig. 2) und eines horizontalen Fräsgestells 32 (Fig. 3) vorzunehmen. Die Spindel 36 wird durch einen Elektromotor 37 (Fig. 1 und 2) angetrieben, der zum Antrieb der Spindel mit dieser über eine Transmission 38 bekannter Art in Verbindung steht· Bei der bevorzugten Ausführungsform entsprechend der Darstellung wird die Spindel durch einen 5 oder 7-1/2 PS Gleichstrommotor 37 mit variabler Drehgeschwindigkeit von 40 bis 43OO U/min, angetrieben. Die Spindel 36 ist in einer Hohlwelleneinheit von 12,7 cm (5 inch) mit einem 22,86 cm (9 inch) gesteuerten Hohlwellenhub für die vertikale Achse angeordnet.

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Die verschiedensten Werkzeuge können zum Antrieb durch die Spindel an dieser befestigt werden. Solche Werkzeuge sind Bohrer, Räumer, Ausbohrspindeln, Gewindebohrer, Fräser aller Art und dergleichen. Jedes Werkzeug wird in einem Werkzeughalter 40 befestigt. Ein solcher Werkzeughalter 40 hält ein Werkzeug 41, welches in der Spindel 36 an der rechten Seite der Fig. 1 angeordnet ist. Eine vergrößerte Ansicht des Werkzeughalters 40 mit dem Werkzeug 41 in in Fig. 6 dargestellt. Alle Werkzeughalter sind identisch und jeder Werkzeughalter weist ein konisches Einsteckende 42 auf, welches in eine entsprechende konische Öffnung der Spindel 36 eingefügt wird. Die automatische Werkzeugüberführungseinrichtung 18, mit der die Werkzeuge in die Spindel 36 eingefügt werden können, hält das Werkzeug (in einem Werkzeughalter) während der Anbringung des Werkzeuges an der Spindel 36 in einer bestimmten Höhe. Der in der Spindel 36 verwendete Mechanismus zum Greifen und Halten des Werkzeughalters 40 ist nicht Bestandteil dieser Erfindung und kann auf geeignete Weise ausgebildet sein. Ein solcher Mechanismus kann ein Paar Greiffinger (nicht dargestellt) aufweisen, die an einem Ende einer innerhalb der Spindelbohrung hin- und hergehenden Zugstange angelenkt sind und in eine Greifstellung bewegt werden, wenn die Zugstange weiter in die Spindel zurückgezogen wird.

Ein Werkzeughalter 40 ist ebenso, wie in Fig. 1 dargestellt, im Werkzeuglagermagazin 14 an der linken Seite der Fig. 1 angeordnet. Die für die vorliegenden Zwecke geeigneten Werkzeughalter können solche des Zahnradantriebstyps sein, welcher kommerziell durch die Caterpillar Company, Peoria Illinois, verfügbar ist. Diese weisen zwei Umfangsnuten auf, die axial im Abstand vom Ende größeren Durchmessers des Einsteckendes und im Abstand voneinander, entsprechend der Darstellung in Fig. 6, angeordnet sind. Die Nuten werden durch drei Rippen 43, 44 und 45 gebildet. Die oberste Rippe 43 ist als Zahnrad ausgebildet und kämmt mit einem in der Spindel 36 befindlichen

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Zahnradantriebsmechanisrnus. Die Werkzeughalter werden im Werkseuglaqermaqa-iin 14 in vertikaler Position gehalten, indem die obere der beiden Nuten des Werkzeughalters in in dar Tragplatte 15 befindliche Schlitze (Fig. 1) eingreift. Fig. 7 und 8 sind eine aufgebrochene Draufsicht bzw. ein Querschnitt des '.'.'erkzeuglagermagazins mit einem Teil der Tragplatte 15 mit einem Werkzeughalter 40, der in eine:n der Schlitze 17 angeordnet und mit seiner oberen Nut zwischen den Hippen 43 und 44 abgestützt ist.

Meist ist das mit einem automatischen Werkzeugwechsler gemäß der Erfindung verwendete Werkzeuglagermagazin 14 eine drehbare, kreisförmige und abgedeckte Anordnung, die 12 bis 25 Werkzeuge in getrennten peripheren Werkzeughalter-Halteschlitzen aufnehmen kann, die sich in der auf einem Drehtisch 16 angeordneten Tragplatte 15 befinden. Ein geeigneter Mechanismus und eine geeignete Steuereinrichtung werden dazu verwendet, den Werkzeughalteschlitz auf eine einzige spezifizierte Werkzeugentnahme- oder -ablagestellung einzustellen. In Fig. 1 und Fig. 2 sind ein Drehlager 46 und ein Steuergehäuse 47 dargestellt. Jedes der Werkzeuge befindet sich in einer indexierten Stellung im Werkzeuglagermagazin 14. Das heißt, daß ein bestimmtes Werkzeug für die Verwendung in einer Fräsmaschine 10 von einem Schlitz des Werkzeuglagermagazins 14 wegbewegt und nachfolgend wieder in denselben Schlitz des Werkzeuglagermagazins 14 zurückgeführt wird. Die Werkzeugentnahme- und -ablagestellung des Werkzeuglagermagazins 14 ist als gestricheltes Viereck in Fig. 3 dargestellt und mit der Bezugszahl 48 bezeichnet.

Die Werkzeugwechslereinrichtung 18 überführt Werkzeuge zwischen dem Werkzeuglagermagazin 14 und der Spindel 36. Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 befindet sich die Werkzeugwechslereinrichtung 18 hauptsächlich zwischen dem Werkzeuglagermagasin

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14 und der Spindel 36. Entsprechend dor Darstellung in Fig. 1 und 4 ist am Gestell 22 ein Führunqsgehäuse 50 befestigt. Eine Traganordnung 52 ist in dem Führunqsgehäuse 50 verschiebbar qelagert. Im Fü'nrungsgehäuse 50 können geeignete Einrichtungen oder Führungsstangen vorgesehen sein. Das verschiebbar im Führungsgehäuse 50 angeordnete distale Er.de der Traganordnung 52 weist eine Antriebsplatce 54 auf, welche an einem hydraulischen Zylinderantrieb 56 angebracht ist. Das andere Ende des hydraulischen Zylinderantriebs 56 ist am oberen Bereich des Führungsgehäuses 50 befestigt. Durch das Ein- und Ausfahren des hydraulischen Zylinders 56 wird die Traganordnung 52 innerhalb des Führungsgehäuses 50 hin- und herbewegt. Die vertikale Verschiebung kann normalerweise ungefähr 5,08 cm (2 inch) bis ungefähr 20,3 cm (8 inch) betragen, um das Werkzeug wegzubewegen, wenn es in der Spindel angeordnet ist. Zur Drehung der Axialwelle 62 (Fig. 5) ist am Bodenende der Traganordnung 52 ein Drehantrieb 60 angeordnet. Der Drehantrieb 60 kann auf geeignete Weise entweder elektrisch oder hydraulisch betrieben warden. Die Traganordnung 52 tragt am Boden des Drehantriebs 60, verbunden mit der Welle 62, einen Ausleger 64. Der Ausleger 64 kann durch den Drehantrieb 60 entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegen-Uhrzeigersinn entsprechend Fig. 3 gedreht werden. In Fig. 1 ist der Ausleger 64 als Phantombild in der Richtung auf das Werkzeuglagermagazin 14 geschwungen dargestellt. Am Ende des Auslegers 64 sind in einem festen, spitzen Winkel zueinander angeordnet ein erster Überführungsarm 68 und ein zweiter Überführungsarm 69 (Fig. 5) befestigt. In Fig. 5 ist der erste Überführungsarm 68 teilweise ausgefahren und der zweite Überführungsarm 69 zurückgezogen dargestellt. Fig. 4 zeigt den ersten Überführungsarm 68, welcher aus einer flachen Platte 70 besteht, welche unterhalb einem Kopfplattenglied 72 des Auslegers 64 gleitet.

Zum Greifen der Werkzeughalter werden strömungsmittelbetätigte, mechanische Finger verwendet. Beispielsweise ist ein Paar hydraulisch betätigter Werkzeuggreiffinger 74, 75 am Ende sowohl

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des ersten Überf ührungsartnes 68 als auch des zweiten Überführungsarms 69 vorgesehen.

Am Boden des Auslegers 54 (Fig. 4) ist ein hydraulischer Zylinder 76 befestigt, dessen Kolbenstange 78 am Fuß des stationären Greiffingers 82 festgelegt ist, um eine planare bzw. ebene Hin- und Herbewegung des Überführungsarmes 68 zu bewirken. Durch das Ausfahren und Zurückziehen des hydraulischen Zylinders 76 kann der Überführungsarm 68 ausgefahren oder zurückgezogen v/erden. Der zweite Überführungsarm 69 ist im wesentlichen v/ie der Überf ührungsarrn 68 ausgebildet und wird analog durch einen hydraulischen Zylinder 77 (in Fig. 5 in unterbrochenen Linien verdeckt dargestellt) ausgefahren und zurückgezogen.

Die Greiffingerpaare 74 und 75 sind, wie in Fig. 5 dargestellt, im wesentlichen identisch. Wenn man die Konstruktion des Fingerpaares 74 betrachtet, ist der bewegliche Finger 80 drehbar auf einer Gelenkachse 04 befestigt. Der Finger weist ein Greifende 86 und ein angetriebenes Ende 88 auf. Zwischen dem stationären Finger 82 und dem angetriebenen Ende 88 des beweglichen Fingers 80 ist ein hydraulischer Zylinder 90 angeordnet. Die Hydraulikflüssigkeit wird über eine Leitung 92 zum hydraulischen Zylinder 90 geleitet, um den hydraulischen Zylinder 90 zu betätigen, welcher gegen das angetriebene Ende 88 des beweglichen Fingers 80 drückt. Dadurch wird der bewegliche Finger 8O um die Gelenkachse 84 gedreht, um das Greifende 86 des beweglichen Fingers 80 näher an den stationären Finger 82 heranzubringen. Auf diese Weise liegen ein Paar Finger 74 am Werkzeughalter an und halten diesen. An einem Ende des stationären Fingers 82 und am anderen Ende des angetriebenen Endes 88 des beweglichen Fingers 80 ist eine Zugfeder 94 befestigt. Wenn der hydraulische Druck aus dem hydraulischen Zylinder 90 beseitigt wird, so wirkt die Zugfeder auf das angetriebene Ende 88 des beweglichen Fingers 80, um den Finger um.die Gelenkachse 84 zu drehen und das Greifende 86 des Fingers 80 vom stationären

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Finger 82 wegzubewegen, wodurch das Paar Greiffinger 74 für die Abgabe und das Lösen des Werkzeughalters in eine offene Stellung gebracht wird.

Das Paar Greiffinger 75 ist ähnlich konstruiert und wird ähnlich betrieben wie das Paar Greiffinger 74. Das Paar Greiffinger 75 ist mit einem stationären Finger 83 und einer Gelenkachse 85 versehen, auf der ein beweglicher Finger 81 mit einem Greifende 87 und einem angetriebenen Ende 89 befestigt ist. Das Fingerpaar 75 wird durch Bewegung des beweglichen Fingers 81 geschlossen, wenn ein hydraulischer Zylinder 91 über eine Leitung 93 mit Strömungsmittel beaufschlagt wird. Das Fingerpaar 75 wird durch die 'Wirkung einer Zugfeder 95 geöffnet.

Der zwischen den Armen 68 und 69 eingeschlossene Winkel cC ist ein spitzer Winkel, welcher vorzugsweise so geringfügig wie möglich mit dem Abstand benachbarter Werkzeuge im Werkzeuglagermagazin und dem verfügbaren Zwischenraum unterhalb und neben der Spindel übereinstimmt. Vorzugsweise beträgt der eingeschlossene Winkel ungefähr 45° bis ungefähr 10 , vorzugsweise 20°.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1, 2, 3 und 9A, 9B, 9C und 9D werden nun die betriebsmäßigen Vorteile dieser neuen Anordnung beschrieben und erklärt. Bei der Beschreibung wird angenommen, daß ein Werkstück 96 auf geeignete Weise auf dem Arbeitstisch 30 befestigt wurde und mit dem Werkzeug 41, welches bereits in der Spindel 36 angeordnet wurde, einem FräsVorgang unterworfen wird.

Die Fig. 9A bis 9D zeigen schematisch eine Draufsicht der Werkzeugmaschine 10 und verschiedene Werkzeugüberführungsstellungen der Überführungsarme 68 und 69 beim Schwenken derselben um die Achse der Werkzeugwechslereinrichtung 18 zwischen dem Werkzeuglagermagazin 14 und der Spindel 36.

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Die Werkzeugübarführungsfolqe beginnt, wenn das Steuersystem das Werkzeuqlagerrnagazin 14 anweist, das für den nächsten Maschinenvorgang benötigte Fräswerkzeug in die Werkzeugentnahmeposition 48 zu bringen. Der Ausleger 64 wurde zuvor, entsprechend der Darstellung in Fig. 1 und 3, so vertikal eingestellt, daß das Greif fingerpaar 74 des ersten Überf ühruncisarms 68 mit der Überführungsnut des Werkzeughalters 40 ausgerichtet ist. Diese Nut wird durch die Rippen 44 und 45 (Fig. 6) gebildet. Die Richtposition des Auslegars 64 und des Überführungsarns und 69 bei diesem Betriebssc'nritt ist in Fig. 9A dargestellt. Nachfolgend wird der erste Überführungsarm 68 ausgefahren, um das Greiffingerpaar 74 an die Werkzeugüberführungsnut des Werkzeughalters 40 anzulegen. Das Greiffingerpaar 74 wird dann so betätigt, daß sich die Finger um den Werkzeughalter 40 schliessen. Der erste Überführungsarm 58 wird dann zurückgezogen, um den Werkzeughalter 40 aus dem Werkzeuglagermagazin 14 zurückzuziehen.

Der Drehantrieb 60 dreht dann den Ausleger 64 entgegen dem Uhrzeigersinn (siehe Fig. 3), um den ersten Überführungsarm 68 und den zweiten Überführungsarm 69 in unmittelbare Nähe der Werkzeugspindel 36 zu bringen. Der Überführungsarm 69 wird in Ausrichtung mit der Spindel 36 gebracht, so daß keine weitere Drehbewegung des Auslegers 64 erforderlich ist, um eine Anlage des Greiffingerpaares 75 am Überführungsarm 69 mit dem Werkzeughalter in der Spindel 36 zuzulassen. Die letzte Richtposition des Auslegers 64 und der Überführungsarme 68 und 69 bei diesem Betriebsschritt ist in Fig. 9B dargestellt.

Die Spindel 36 und der Werkzeughalter 40 werden vom Werkstück gelöst und in eine vorbestimmte, höherliegende Werkzeugüberfüh— rungsstellung gebracht. Der Arm 69 wird dann zur Anlage der Greiffinger 75 mit dem in der Spindel 36 befindlichen Werkzeughalter 40 ausgefahren. Nachdem die Greiffinger 75 den Werkzeug-

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halter in der Spindsl 3G angeordnet haben, wird die Traaanordnunq 52 vertikal nach unten bewegt, um den Werkzeughalter von der Spindel 36 wegzubev/egan. Nachdem der Warkzeughal cer um einen ausreichenden Betrag surr; Freikommen von der Spindel 36 nach unten bewegt v/urde, wird der Überführungsarm 69 zurückgezogen, um den benutzten Werksaughalter von der Spindsl 35 wegzuziehen.

Nachfolgend wird der Ausleger 64 entsprechend der Darstellung in Fig. 9C um weitere 20° in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, um den Überführungsarm 68, welcher das neue Werkzeug hält, zur Spindel 36 auszurichten. Die Bewegung der Traganordnung 52 nach oben in vertikaler Richtung bringt den neuen Werkzeughalter in Anlage mit der Spindel 36. In der richtigen Eingreifhöhe wird die vertikale Bewegung der Traganordnung 52 beendet. Zur gleichen Zeit legt sich der Spindelkragenmechanismus in der Spindel an den Werkzeughalter an. Dann werden die Greiffinger 74 des Überführungsarms 63 geöffnet, um den Werkzeughalter loszulassen. Nachfolgend wird der Überführungsarm 63 von der Spindel weg zurückgezogen und beide Arme 68 und 69 werden entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung auf das Werkzeuglagermagazin 14 gedreht.

Sobald der nachlaufende Überführungsarm 69 den Arbeitsbereich freigibt, kann der nächste maschinelle Bearbeitungsvorgang begonnen werden. Das neue Werkzeug in der Spindel 36 kann dann mit dem auf dem Arbeitstisch 30 befindlichen Werkstück 96 in Berührung gebracht werden. Während der nächste maschinelle Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, vollendet der automatische Werkzeugwechsler den Werkzeugwechselvorgang. Der zweite Überführungsarm 69, welcher den bereits verwendeten Werkzeughalter und das bereits verv/endete Werkzeug hält, muß nun entgegen dem Uhrzeigersinn, entsprechend der Darstellung in Fig. 9D, gedreht werden, um den Werkzeughalter mit der Werkzeugablaqestellung 48 des Werkzeuglagermagazins 14 in Ausrichtung zu bringen. 709837/0937

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Während das alte Werkzeug von der Spindel 36 v/egbewegt und das neue 'Werkzeug eingesetzt wurde, wurde das Werkzeuglaqermaqazin 14 mit dem ursprünglichen Werkzeugiagerschlitz für das gebrauchte Werkzeug in die V.'erkzeugablsgeposition 4S gebracht. Der zweite Überführungsarm 69 wird dann ausgefahren, um das Werkzeug in den Lagerschlitz für das benutzte Werkzeug einzuführen. Nachdem der Überführungsarm 69 um den erforderlichen Betrag zürn Ablegen des verwendeten 'Werkzeughalters in den Werkzeugiagerschlitz ausgefahren wurde, werden die Greiffinger 75 betätigt, um den Werkzeughalter zu öffnen und loszulassen. Der Überführungsarm 69 wird dann zurückgezogen und der Ausleger 64 gedreht, um den Überführungsarm 68 gegenüber der Werkzeugablagestellung 48 des Werkzeuglagermagazins 14 entsprechend Fig. 9A auszurichten. Das Werkzeuglagermagazin 14 wird dann automatisch betätigt, gesteuert bzv/. eingestellt, so daß sich das nächste Werkzeug in der Werkzeugablageposition 48 befindet, damit das Werkzeug in Vorbereitung des nächsten Werkzeugüberführungsvorganges durch den ersten Überführungsarm 68 erfaßt werden kann.

Die Betriebsfolge ist als Beispiel beschrieben. Die Funktionsabläufe des Werkzeugüberführungsarms können durch geeignete Änderung des Betriebsprogramms geändert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Durch die Verwendung an einem drehbaren Ausleger befestigter, ausziehbarer Arme können die Überführungsarme 68 und 69 zwischen der Spindel 36 und dem Werkzeuglagermagazin 14 frei von der Spindelachse geschwenkt werden.

Durch die Ausbildung des festen, spitzen Winkels von vorzugsweise 20 können beide Überführungsarme 68 und 69 in einem kleinen Zeitintervall in die Stellung an der Spindel 36 gebracht werden, welche erforderlich ist, um die Arme über einen Bogen

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von 20 zu schwenken. Je größer der Winkel zwischen den Überfiihrungsarmen ist, um so größer ist der erforderliche Schwenkbogen. Wird der Schwenkbogen vergrößert, so nimmt auch die Zeit zu, um die Überf ührungsarrrte über diesen Bogen zu bewegen. Bei einer solchen Zunahme der Überführunqszeit nimmt auch das Zeitintervall zu, in dem sich in der Spindel kein neues Werkzeug befindet. So ist es vorteilhaft, den Winkel zwischen den Armen so klein wie möglich zu halten. Aus praktischen Gesichtspunkten bezüglich der Größe der Werkzeughalter und der Überführungsarme wurde herausgefunden, daß ein Winkel von ungefähr 20 gerade noch genügend klein ist, die Werkzeughalter an die Größenabmessung der Werkzeuge anzupassen.

Es wurde als vorteilhaft herausgefunden, ein Greiffingerpaar zu verwenden, welches zum Schließen der "Werkzeughalteposition" hydraulisch betrieben ist. Die Verwendung des Federschließmechanismus schafft keine gleichförmige, exakt große Greifkraft, die erforderlich ist, um schwere Werkzeughalter (mit daran befestigten Schneidwerkzeugen) in den Überführungsarmen zu halten, wenn diese Arme einer schnellen Schwenkbewegung unterworfen werden, welche starke Zentrifugalkräfte erzeugt.

Ansprüche:

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Claims

271031A

Patentansprüche

Werkzeugmaschine mit einem Gestell und einer im Gestell gelagerten, drehbaren Werkzeugspindel, gekennzeichnet durch ein Werkzeuglagermagazin (14), welches fest auf dem Gestell befestigt ist und eine Vielzahl von Werkzeuqlaqerschlitzen (17) zum Lagern einer Vielzahl von Werkzeugen (41) aufweist, durch eine Steuer- und Indexeinrichtung für das Lagermagazin (14), um einen ein Werkzeug aufnehmenden ausgewählten Werkzeuglaqerschlitz (17) in eine Anlage- und Greifposition (48) für das Aufnehmen des Werkzeuges und um nachfolgend einen ausgewählten leeren Lagerschlitz (17) für die Rückführung des Werkzeuges in die Anlage- bzw. Ablageposition (48) zu bringen, durch eine der Überführung der Werkzeuge zwischen dem Lagermagazin (14) und der Spindel (36) dienende Werkzeugwechslereinrichtung (18) mit einer auf dem Gestell im wesentlichen parallel zur Achse der Spindel verschiebbar angeordneten Traganordnung (52) und einem an einem Ende der Traganordnung (52) befestigten Ausleger (64), welcher einen ersten Teleskop-Werkzeugüberführungsarm (68) und einen zweiten im wesentlichen in derselben Ebene liegenden Teleskop-Werkzeugüberführungsarm (69) aufweist, welche quer zur Spindelachse verlaufen, aber in einem festen, spitzen Winkel (<*->) zueinander angeordnet sind, durch eine Antriebseinrichtung (56) für die Verschiebebewegung der Traganordnung (52) zum wechselweisen Anheben und Absenken des Auslegers (64) im wesentlichen quer zur Ebene der Überführungsarme (68, 69) und im wesentlichen parallel zur Spindelachse, durch eine Antriebseinrichtung zum Schwenken der Überführungsarme (68, 69)

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in einer im wesentlichen normal zur Spindelachse liegenden Ebene, wodurch jedar Überführungsarm (GB, 69) derart positioniert werden kann, daß in einer Laqerniagazin-Grelf ξ teilung (43) ein Werkzeug erfaßt und dieses Werkzeug der Spindel zur Aufnahme zugeführt werden kann, und durch eino Steuereinrichtung zum Betätigen der Antriebseinrichtungen (3 7) und zum Betätigen des Lagerrr.agasins (14) und dar Werkzeugv/echslereinrichtung (13), wodurch der Ausleger (64) bewegt wird, um nachfolgend den ersten Überfuhrungsarm (68) in die Lagermagazin-Greifstellung (43) zur Aufnahme eines neuen 'Werkzeuges zu bringen, um nachfolgend den zweiten Überfuhrungsarm (69) zur Spindel zu bringen, damit ein bereits benutztes Werkzeug von der Spindel entfernt werden kann, um nachfolgend den ersten Überfuhrungsarm an der Spindel anzuordnen, damit das neue Werkzeug in die Spindel eingesetzt v/erden kann, und um danach den zweiten Überführungsarm in die Lagermagazin—Ablagestellung (48) zu bringen, in der das verwendete Werkzeug abgelegt wird.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungsarme (68, 69) untereinander einen Winkel (c£ ) von ungefähr 45 bis ungefähr 15 einschließen.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Überführungsarme (68, 69) einen Winkel (o^) von ungefähr 20° einschließen.
4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gestell die Spindel (36) oberhalb der Spindel (36) abstützt, daß die Traganordnung (52) relativ zum Lagermagazin (14) und der Spindel (36) verschiebbar

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befestigt ist, so daß der zweite Überführungsarm (-59) zwi schen dem ersten Überführungsarm (68) und der Spindel (36) angeordnet ist, v/enn der erste Überführungsarni (68) sich in der Laqerrriagazin-Anlagestellung (48) befindet, und daß das Gestell im Abstand vom Boden und den Seiten der Spindel (36) angeordnet ist, so daß der zweite Überführungsarrn (69) zwischen der Spindel (36) und dem Gestell angeordnet ist, wenn der erste Überführungsarm (68) sich an der Spindel befindet, um diese mit dem neuen Werkzeug zu laden.
5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine erste Arnbetätigungseinrichtung (75) umfaßt, um den ersten Teleskop-Überführungsarm (68) um einen Detrag auszufahren, welcher notwendig ist, um das neue Werkzeug zu erfassen, wenn der erste Überführungsarm (68) sich in der Lagermagazin-Greifstellung befindet, und um den ersten Überführungsarm (68) um einen Betrag auszufahren, welcher notwendig ist, um die Spindel (36) mit dem neuen Werkzeug laden zu können, und daß die Steuereinrichtung eine zweite Armbetätigungseinrichtung (77' umfaßt, um den zweiten Betätigungsarm (69) um einen Betrag auszufahren, welcher notwendig ist, um das bereits verwendete Werkzeug von der Spindel (36) entfernen zu können und um den zweiten Überführungsarm (69) um einen Betrag auszuziehen, welcher notwendig ist, um das verwendete Werkzeug wieder abzulegen, wenn sich der zweite Überführungsarm (69) in der Lagermagazinablageposition (48) befindet.
6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Armbetätigungseinrichtung (76) einen hydraulisch betätigten Kolben (78) aufweist, welcher am ersten Überführungsarm (68) befestigt ist, und daß die

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zweite Arrnbetätigungseinric'n tung (77) einen hydraulisch betätigten Kolben aufweist, welcher am zweiten Überführungsarm (69) befestigt ist.
7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß sich ein Paar zusammenwirkender Werkzeuggreiffinger (74, 75) am distalen Ende eines jeden Überführungsarrr.es (68, 69) befindet.
8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Greiffingerpaar (74, 75) zwischen einer offenen Stellung und einer Haltestellung zum vorübergehenden Festhalten eines zu überführenden Werkzeuges mittels des Armes relativ zueinander bewegbar ist.
9. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Greiffingerpaar einen ersten Finger und einen zweiten Finger auf v/eist, wobei der erste Finger (82, 83) fest und der zweite Finger (80, 81) mit einem Greifende (85, 87) und einem angetriebenen Ende (88, 89) zwischen dem Greifende und dem angetriebenen Ende am distalen Ende des Überführungsarmes (68, 69) in der Nahe des ersten Fingers zur Bewegung des Greifendes des zweiten Fingers auf den ersten Finger zu und von diesem weg schwenkbar befestigt ist.
10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß ein hydraulisch betätigter Kolben (90, 91) mit dem Überführungsarm (68, 69) und dem angetriebenen Ende (88, 89) des zweiten Fingers (80, 81) verbunden ist, so daß das Greifende (86, 87) des zweiten Fingers in Richtung auf den ersten Finger (82, 83) in eine Haltestellung bewegbar ist, wobei eine Zugfeder (94, 95) zwischen dem Über-

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führungsarm (68, 69) und dem angetriebenen Ende (83, 89) des zweiten Fingers angeordnet ist, so daß bei unbetätigtem Hydraulikkolben (90, 91) das Greifende des zweiten F^ingers vom ersten Finger in eine offene Stellung v:sg bewegbar ist.

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