DE2719114A1 - Spanende bearbeitungsmaschine mit einem werkzeugwechselmagazin - Google Patents

Spanende bearbeitungsmaschine mit einem werkzeugwechselmagazin

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DE2719114A1
DE2719114A1 DE19772719114 DE2719114A DE2719114A1 DE 2719114 A1 DE2719114 A1 DE 2719114A1 DE 19772719114 DE19772719114 DE 19772719114 DE 2719114 A DE2719114 A DE 2719114A DE 2719114 A1 DE2719114 A1 DE 2719114A1
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Mikas Dr Ing Baublys
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/155Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling
    • B23Q3/157Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling of rotary tools
    • B23Q3/15706Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling of rotary tools a single tool being inserted in a spindle directly from a storage device, i.e. without using transfer devices

Description

  • Spanende Bearbeitungsmaschine mit
  • einem Werkzeugwechselmagazin Die Erfindung betrifft eine spanende Bearbeitungsmaschine Er rotierende Werkzeuge, die in Werkzeugwechselhaltern lose tn einem Werkzeugwechselmagazin angeordnet und quer koaxial zur Pinole und der darin gelagerten Arbeitsspindel bewegbar sowie mittels einer zentralen Zugstange in der Arbeitsspindel spannbar sind.
  • bs sind bereits spanende Bearbeitungsmaschinen aleser Art bekannt, die ganz allgemein den Nachteil zeigen, daß der Aufwand immer noch verhältnismäßig groß ist, weil insbesondere zum automatischen Ausrichten, Zentrieren, Spannen und Verriegeln sowie zum Wiederlösen der Werkzeughalter elektrische, pneumatische oder hydraulische Manipulationen bzw. Steuerungen benötigt werden.
  • Z.B. ist eine Bohrmaschine der erwähnten Art bekannt, bei der zur Spannung der erwähnten einzigen Spannstange in der Mitte der Spindel ein zusätzlicher Spann-Antrieb benötigt wird (USA-PS 3 191 260).
  • Es ist weiter eine Bohrmaschine mit einem Bohrkopfmagazin und einer Pinole bekannt, bei der die Bohrköpfe in dem Magazin auf Führungen durch eine Drehscheibe quer zur Arbeitsspindeldrehachse in ihre Arbeitsstellung bewegt werden, bei der die Bohrkopf nach der Querbewegung in die Arbeitsstellung durch eine Ausnehmung in dem nicht drehbaren Magazin durchgreifende mechanischen Spanndruck erzeugende Spannvorrichtung in einer Zentrierauftahme eines Aufnahmeflansches der Pinole durch die Vorschubbewegung automatisch ausrichtbar und spannbar sind.
  • Dadurch können die Bohrköpfe wesentlich größer als bisher ausgeführt werden, auch ergibt sich der Vorteil, daß in dem ersten kurzen Teil der Vorschubbewegung die Bohrköpfe aufgenommen, ausgerichtet und mit der Vorschubbewegung gespannt sowie mit der Antriebswelle gekuppelt werden. Hierbei erfolgt das Ausrichten und Spannen an der Pinole, während das Kuppeln nur mit der Spindel erfolgt. Auch hierdurch ist daher ein verhältnismäßig großer Aufwand bedingt. Auf diese Weise können die Mehrspindelbohrköpfe in allerk~rzester Zeit mit größter Genaui'gkeit automatisch ausgewechselt werden (DT-OS 2 140 203,9-14).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die spanende Bearbeitungsmaschine der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß alle BEfehls-, Steuerungs- und Kontrollgeräte für die Werkzeughalter-Spannung entfallen können.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung besteht darin, daß die WErkzeughalter einen Spannzapfen aufweisen, der in einem Schlitz der zentralen durch eine Feder belasteten Zugstange einfahrbar ist, woraufhin durch eine kurze Vorwärtsbewegung der Pinole infolge der Federkraft der Werkzeughalter zentrierbar und auf die Planfläche der Spindel spannbar ist.
  • Auf diese Weise können die erwähnten Befehls-, Steuerungs- und Kontrollgeräte entfallen, weil beim Vorfahren der Pinole während einer sehr kurzen, nur wenige Millimeter betragenden Bewegung in einem kleinen Bruchteil einer Sekunde die Zentrierung, Verriegelung und Kupplung auf mechanischem Wege erfolgt. Auf diese Weise ist die Maschine auch wesentlich kostengünstiger als die bekannten.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zugstange eine durch die Feder verschiebbare mechanische Verriegelungsvorrichtung zur formschlüssigen Verriegelung der Zugstange mit der Spindel aufweist. Auf diese Weise erfolgt eine zusätzliche Verriegelung,wodurch die Steifigkeit der Verbindung wesentlich erhöht wird. Diese Maßnahme ist insbesondere dann zu empfehlen, wenn die Maschine zum Fräsen verwendet werden soll, wobei bekanntlich gewiße Querkräfte auf die Spindel ausgeübt werden.
  • Dabei kann die weitere Ausgestaltung so erfolgen, daß die Verriegelungsvorrichtung einen federbelasteten axial bewegbaren kegligen Bolzen in der Zugstange aufweist, der durch Anfahren gegen die axial ortsfeste Antriebswelle zur Entriegelung betätigbar ist, wobei die Verriegelungskugeln in radialen Bohrungen eines Kopfstücke sder Zugstange angeordnet sind, die gegen eine keglige Fläche in der Spindel spannbar sind.
  • Auf diese Weise ist die Verriegelung sehr einfach und zuverlässig, sie kann auch in diesem Falle innerhalb eines sehr kleinen Bruchteiles einer Sekunde durchgeführt werden.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Pinole, wie für sich bekannt, zur Vorschubbewegung als Kolben und die Pinolenführung als Zylinder für eine hydraulische oder pneumatische Betätigung ausgebildet sind.
  • Durch diese Maßnahme ist ganz sichergestellt, daß die Vorschubkraft auf die Pinole genau koaxial aufgebracht wird.
  • Schließlich ist auch noch bevorzugt, daß die Planfläche der Spindel1 gegen die die Werkzeughalter spannbar sind, mit einer Planverzahnung versehen ist.
  • In dieser Planverzahnung kann gleichzeitig auch die Zentrierung des Werkzeughalters vorgesehen sein, so daß in sehr einfacher Weise sowohl die Übertragung eines Drehmoments als auch die Zentrierung gleichzei#tig durchgeführt werden.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausftlhrungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen: Fig. i eine teilweise geschnittene Seitenansicht auf den Kopf der Maschine; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 und Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch die Pinole nach Fig. 1.
  • Fig. 1 zeigt schematisch den Kopf der Maschine mit dem Spindel kasten 19 und der darin befestigten Pinolenführung 10, Diese ist gleichzeitig als Vorschubzylinder ausgebildet.
  • Oben sieht man die Abschlußplatte 20, in der die Lagerung für die Antriebswelle 8 angeordnet ist. Diese Welle 8 ist axial ortsfest gelagert und entweder als Keilwelle oder als Welle mit einer Paßfeder ausgebildet.
  • Auf der unteren Abschlußplatte 21 sind neben der Pinolenführung 10 auch die Lagerung 14 des Magazins 2 sowie der Antriebsmotor 16 zum Weiterschalten des Magazins befestigt. Eine Doppelkurbel 15, die auf dem Wellenstumpf des Motors 16 sitzt, schaltet über eine Malteserkreuz 12 das Magazin. In diesem Magazin 2 sind Bohrungen vorgesehen, in denen die Werkzeughalter 1 mit ihren Spannzapfen mit einem Kopf 6 lose gelagert sind. Diese Werkzeughalter 1 werden mit Ausnahme in ihrer Arbeitsstellung axial bevorzugt durch einen Haltering 13 axial gehalten, der in eine Nut des Werkzeughalters eingreift, wie man auch der Fig. 2 entnehmen kann.
  • Fig. 2 zeigt das Magazin 2 von der Seite des Spindelkastens her gesehen. Bei diever Anslcht sind das Malteserkreuz 12 sowie die Doppelkurbel 15 der besseren Übersicht wegen weggelassen.
  • Der Teilschnitt zeigt, daß der Haltering 13 in die Werkzeughalter eingreift, was bevorzugt ist. Ferner ist angedeutet, wie der Spannzapfen mit dem Kopf 6 des Werkzeughalters in den zangenförmigen Schlitz der zentralen Zugstange 5 der Arbeitsspindel beim Weiterschalten des Magazins 2 ein- und ausfahren kann.
  • Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Pinole 3, Wie schon anhand der Fig. 1 erläutert, ist die Pinole 3 bevorzugt als Kolben ausgebildet. Zentrisch in der Pinole ist die Arbeitsspindel 4 gelagert. Hierzu sieht man im unteren Bereich das Kugellager 24. Darunter ist der Werkzeugwechselhalter 1 mit seiner Planfläche 25 sichtbar, die vorzugsweise eine Planverzahnung aufweist, die gleichzeitig auch zum Zentrieren dienen kann. In der Mitte des Werkzeughalters 1 ist der Spannzapfen mit dem Kopf 6 zu sehen, der in einem entsprechend ausgebildeten zangenförmigen Schlitz 26 der zentralen Zugstange 5 sitzt, welche durch die Feder 7 in der Arbeitsspindel nach oben gedrückt wird. Dadurch wird der Spannzapfen mit dem Kopf 6 und somit der Werkzeughalter 1 nach oben gespannt. Hierbei ist die Feder 7 unten durch den Ring 27 in der Arbeitsspindel 4 abgestützt und als Druckfeder ausgebildet, so daß die Kraft der Feder am gegenüberliegenden Ende gegen das hohle Kopfstück 28 der Zugstange 5 drückt.
  • In diesem Bereich ist die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung angeordnet, die dazu dient, die Zugstang 5 mit der Antriebsspindel 4 formschlüssig zu verriegeln. hierzu ist der mit der kegligen Fläche 23 versehene Bolzen 9 in dem Hohlraum 29 durch die Feder 18 beaufschlagt in der Zugstange 5 geführt.
  • In den Seitenwandungen dergopfstückes 28 sind Bohrungen 30a, 30b, angeordnet, in denen Verriegelungskugeln 17a, 17b sitzen, die durch die Kegel flächen 23 des Bolzens 9 infolge der Kraft der Feder 18 radial nach außen gedrückt werden, wobei sie dann in die schräge Fläche 31 der Arbeitsspindel 4 eingreifen.
  • Die keglige Fläche 23 weist in dem entscheidenden Bereich gegenüber einer Parallele zur Spindelachse einen Winkel auf, der in der Nähe der Selbsthemmung liegt und somit etwa 6 - 80 beträgt.
  • Auf diese Weise wird durch eine verhältnismäßig kleine Kraft der Feder 18 ein absoluter Formschluß erreicht, und somit die Steifigkeit wesentlich erhöht. Auf diese Weise wird das Drehmoment nicht nur durch die Planverzahnung 25 übertragen, sondern zusätzlich auch durch die Zugstange 5.
  • Im nachfolgenden wird die Wirkungsweise insgesamt erläutert.
  • Zum Werkzeugwechsel fährt die Pinole 3 nach oben zurück. Kurz vor dem Erreichen der Werkzeugwechselstellung wird der keglige Bolzen 9 automatisch durch den Zapfen 32 der axial ortsfesten Antriebswelle 8 gestoppt. Da die Pinole mit der Arbeitsspindel und der Zugstange den Rückhub weiter fortsetzt, wird der Bolzen 9 gegenüber der Zugstange 8 gegen die Kraft der Feder 18 verschoben, bis die Zugstange 5 selbst durch die Antriebswelle 8 gestoppt wird. Durch den eingeschobenen Bolzen 9 können nunmehr bei weiterem Rückhub die Verriegelungskugeln 17 durch die Bohrungen 30 ausweichen, wodurch die erwähnte Verriegelung gelöst wird, woraufhin die Pinole mit der Spindel gegen die Kraft der Feder 7 um einen kurzen Weg von etwa 3 - 4 mm weiter nach oben bewegt wird. In dieser Endlage ist auch die Pinole zum Stillstand gebracht. Nunmehr kann der Werkzeughalter 1 von der Spindel getrennt und das Magazin geschaltet werden, wobei der Spannzapfen mit seinem Kopf 6 aus dem Schlitz 26 der Zugstange radial herausgeschoben wird.
  • Die Aufnahme eines neuen Werkzeugwechselhalters 1 mit einem anderen Werkzeug erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, was daher nicht im einzelnen erläutert werden muß.
  • Durch die Erfindung entfallen die aufwendigen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Einrichtungen, die sonst zum Ausrichten, Zentrieren, Spannen und Verriegeln der Werkzeughalter sowie zum Wiederlösen und zur Kontrolle dieser Einrichtungen nötig sind.
  • Das erfindungsgemäße Zentrieren, Ausrichten, Spannen und Verriegeln erfolgt vollautomatisch mechanisch während der ersten wenigen Millimeter des Eilhubes der Pinole. Da die übliche Eilhubgeschwindigkeit bei derartigen Maschinen ca. 0,15 m/s beträgt, dauert der Vorgang nur Bruchteile von Sekunden, z.B.
  • 1/30 oder 1/40 Sekunden. Auf diese Weise tritt die überraschende Wirkung ein, daß trotz verringerten Aufwandes die Span-zu-Span-Zeiten stark verkürzt sind. Außerdem kann infolge des Wegfalls sämtlicher Befehls-, Steuerungs- und Kontrollgeräte für die Werkzeughalter-Spannung die Maschine mit erheblich geringerem Aufwand gefertigt werden.

Claims (5)

  1. Spanende Bearbeitungsmaschine für rotierende Werkzeuge, die in Werkzeugwechselhaltern lose in einem Werkzeugwechselmagazin angeordnet und quer koaxial zur Pinole und der darin gelagerten Arbeitsspindel bewegbar sowie mittels einer zentralen Zugstange in der Arbeitsspindel spannbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalter (1) einen Spannzapfen (6) aufweisen, der in einem Schlitz (26) der zentralen durch eine Feder (7) belasteten Zugstange (5) einfahrbar ist, woraufhin durch eine kurze Vorwärtsbewegung der Pinole (3) infolge der Federkraft der Werkzeughalter zentrierbar und auf die Plan fläche der Spindel (4) spannbar ist.
  2. 2. Spanende Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (5) eine durch die Feder (7) verschiebbare mechanische Verriegelungsvorrichtung (9, 17, 18) zur formschlüssigen Verriegelung der Zugstange mit der Spindel (4) aufweist.
  3. 3. Spanende Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung einen federbelasteten axial bewegbaren kegligen Bolzen (9) in der Zugstange (5) aufweist, der durch Anfahren gegen die axial orkSeste Antriebswelle (8) zur Entriegelung betätigbar ist, wobei die Verriegelungskugeln (17) in radialen Bohrungen (30) eines KopfetUckes(28) der Zugstange angeordnet sind, die gegen eine keglige Fläche (31) in der Spindel (4) spannbar sind.
  4. 4. Spanende Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pinole (3), wie für sich bekannt, zur Vorschubbewegung als Kolben und die Pinolenführung (10) als Zylinder für eine hydraulische oder pneumatische Betätigung ausgebildet sind.
  5. 5. Spanende Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planfläche (25) der Spindel (4), gegen die die Werkzeughalter (1) spannbar sind, mit einer Planverzahnung versehen ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0111633A2 (de) * 1982-09-22 1984-06-27 A.G. für industrielle Elektronik AGIE Losone bei Locarno Automatische Werkzeug-Wechselvorrichtung für Werkzeugmaschinen
US4521950A (en) * 1981-08-13 1985-06-11 O-M Limited Automatic tool change machine tool
WO1994002283A1 (en) * 1992-07-24 1994-02-03 Acroloc, Inc. Spindle and toolholder for machine tool

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