DE2720229A1

DE2720229A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2720229A1
Application number: DE19772720229
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Hikosaka; Manabu Hosokawa; Tohru Nakaso; Kenzi Nomura
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1977-05-05
Publication date: 1978-11-09

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Werkzeugmaschinen
und insbesondere Werkzeugmaschinen mit einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung zur Auswechslung eines Werkzeugs einer Werkzeugspindel gegen ein aus einem Werkzeugmagazin ausgewähltes anderes Werkzeug.
Bei einer bekannten Werkzeugmaschine dieser Art weist die Werkzeugspindel einen Mitnehmer auf, während jedes der Werkzeuge eine dazu komplementäre Mitnehmernut aufweist, so daß die Antriebskraft der Werkzeugspindel auf das darin aufgenommene Werkzeug übertragen wird. Die Werkzeugspindel wird vor dem Werkzeugwechselvorgang auf eine vorbestimmte Winkelposition eingestellt. In dem Werkzeugmagazin sind Werkzeughalteplätze vorgesehen mit Rastelementen, welche bündig in die Mitnehmernuten der Werkzeuge eingreifen, so daß die in den Magazinplätzen abgelegten Werkzeuge daran gehindert sind auch nur geringfügige Winkelbewegungen auszuführen. Darüber hinaus weisen der Mitnehmer und die Mitnehmernut fast die gleiche Breite auf. Der Mitnehmer hat z. B. eine Breite von 25,4 mm, während die Mitnehmernut eine Breite von 25,7 mm aufweist. Somit besteht beim Einsetzen des Mitnehmers in die Mitnehmernut nur ein geringer Zwischenraum oder ein geringes Spiel zwischen beiden, so daß eine Relativdrehung zwischen der Werkzeugspindel und dem darin aufgenommenen Werkzeug nicht möglich ist.
Daher kann es bei den herkömmlichen Werkzeugmaschinen dieser Art zu Störungen kommen, wenn die Mitnelmernut des in die Werkzeugspindel einzusetzenden Werkzeuges nicht genau mit dem Mitnehmer fluchtet. Hierdurch wird der automatische Werkzeugwechselvorgang unmöglich gemacht, da in einem solchen Fall der Mitnehmer am Flanschbereich des Werkzeugs anstößt. Diese Störung tritt zwar selten auf, kann aber nicht völlig ausgeschlossen werden, da eine Vielzahl technischer Schwierigkeiten auftreten, wenn man alle Werkzeuge innerhalb des Werkzeugmagazins mit genau der gleichen Winkelposition anordnen muß und das jeweilige ausgewählte Werkzeug der Werkzeugspindel derart zuführen muß, daß seine Mitnehmernut genau mit dem Mitnehmer fluchtet.
Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugmaschine mit einer äußerst zuverlässig arbeitenden Werkzeugwechseleinrichtung zu schaffen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine mit einer verbesserten Werkzeugwechseleinrichtung zu schaffen, bei der ein Mitnehmer einer Werkzeugspindel und eine Mitnehmernut des jeweiligen Werkzeugs derart ausgebildet sind, daß die Werkzeugeinführung in die Werkzeugspindel und in das Werkzeugmagazin erleichtert ist, während dennoch ein positiver Angriff des Mitnehmers am Werkzeug bei einer Drehbewegung der Werkzeugspindel sichergestellt ist.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugmaschine mit einer verbesserten Werkzeugwechseleinrichtung zu schaffen, bei der ein spezieller Nockenmechanismus oder Kurvenmechanismus dazu dient, die Werkzeugspindel auf eine vorbestimmte Winkelposition einzustellen und einen positiven Kontakt zwischen dem Mitnehmer und der Mitnehmernut eines jeden Werkzeugs herbeizuführen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine verbesserte Werkzeugmaschine gelöst, welche eine drehbare Spindel für die Aufnahme eines Werkzeugs umfaßt, sowie ein Werkzeugmagazin in dem eine Vielzahl von Werkzeugen entnehmbar gelagert werden können, sowie einen Werkzeugwechselarm zum Auswechseln der Werkzeuge zwischen der Werkzeugspindel und dem Werkzeugmagazin. Ferner umfaßt die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine eine Grobeinstelleinrichtung zum Anhalten der Werkzeugspindel innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs nach beendeter Bearbeitung und eine Feineinstelleinrichtung mit einer bewegbaren Kurveneinrichtung oder Nockeneinrichtung, welche ein Kurvensegment zur Einstellung der Werkzeugspindel auf eine vorbestimmte Winkelposition nach vorheriger Einstellung der Werkzeugspindel auf eine Position innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs umfaßt.
Die Werkzeugspindel umfaßt an einem Ende einen Mitnehmer, während an jedem Werkzeug eine Mitnehmernut ausgebildet ist, welche mit vorbestimmtem Spiel mit dem Mitnehmer in Eingriff bringbar ist. An Werkzeuglagerplätzen des Magazins sind eine Vielzahl von Rastelementen in gleicher Winkelbeziehung zueinander angeordnet, deren jedes nahezu die gleiche Breite hat wie der Mitnehmer.
Ferner umfaßt das bewegbare Kurvenelement ein weiteres Kurvensegment für die Drehung der Werkzeugspindel aus der vorbestimmten Winkelposition um einen bestimmten kleinen Winkelbetrag nach der Einführung eines frischen Werkzeugs in die Werkzeugspindel mit Hilfe des Werkzeugwechselarms. Demgemäß wird eine Relativdrehung zwischen der Werkzeugspindel und dem eingeführten frischen Werkzeug ausgeführt, so daß der Mitnehmer in positive Antriebsbeziehung zur Mitnehmernut des frischen Werkzeugs gebracht wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung der grundsätzlichen Arbeitsweise der automatischen Werkzeugewechseleinrichtung der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine; Fig. 2 eine Frontansicht der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine; Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Linie III-III der Fig.2; Fig. 4 einen Teillängsschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3; Fig. 5 eine Abwicklung der Kurventrommel der Fig. 4; Fig. 6 einen Längsschnitt entlang der Linie VI-VI der Fig.2 zur Veranschaulichung der im Werkzeugmagazin vorgesehenen Werkzeughalterungen; Fig. 7 einen Längsschnitt entlang der Linie Vil-Vil der Fig.6; Fig. 8 ein partielles Leiter-Diagramm einer elektrischen Steuerschaltung für die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine; Fig. 9 eine abgewandelte Ausführungsform des Feinschaltmechanismus gemäß Fig. 4 und Fig. 10 eine Abwicklung der Kurventrommel gemäß Fig. 9.
Im folgenden soll unter Be ugnahme auf Fig. 1 der Grundvorgang des Werkzeugwechselns gemäß vorliegender Erfindung erläutert werden. Von einem Ende einer Werkzeugspindel 10 steht ein Mitnehmer lOa vor und greift mit Spiel in eine Mitnehmernut lla ein, welche an einem Flansch eines Werkzeugs oder einer Werkzeughalterung 11 ausgebildet ist. In der mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung ist je ein Spiel entsprechend einem Winkel a zwischen dem Mitnehmer lOa und jeder der beiden Wandungen der Mitnehmernut lla vorgesehen und die Werkzeugspindel 10 und das Werkzeug 11 sind daher relativ zueinander um einen Winkelbetrag 2a verdrehbar.
Im allgemeinen hat das Werkzeug oder die Werkzeughalterung 11 in der auf diesem Gebiet überwiegend verwendeten Ausbildung einen konischen Schaft gemäß National Taper (N.T.) Nr. 50 und die Mitnehmernut lla des Werkzeugs 11 ist auf eine Breite von 25,7 mm eingefräst. Erfindungsgemäß ist die Breite des Mitnehmers lOa um einen Betrag geringer als die Breite der Mitnehmernut lla, welcher im Bereich von 5 bis 70 % liegt.
In dem angegebenen Beispiel vergrößert sich der Zwischenraum zwischen dem Mitnehmer lOa und der Mitnehmernut lla jeweils um ein Winkelinkrement von 0,9 °, wenn die Breite des Mitnehmers um 1 mm verringert wird. Es muß jedoch bemerkt werden, daß bei einer Verringerung der Breite des Mitnehmers 10a um einen Betrag, welcher geringer ist als 5 % der Breite der Mitnehmernut lla,der von einer solchen Maßnahme erwartete Vorteil kaum erreicht und daß andererseits bei einer Verringerung der Breite des Mitnehmers 10a um mehr als 70 % bezogen auf die Breite der Mitnehmernut lla Probleme hinsichtlich der Festigkeit des Mitnehmers lOa auftreten können.
Das Werkzeug 11 ist an einem Werkzeughalteplatz gelagert, welcher sich in einer Werkzeugentnahmestation eines Werkzeugmagazins 24 befindet und wird mit Hilfe eines Werkzeugwechsel arms 13 entnommen und der Werkzeugspindel 10 zugeführt.
Der Werkzeugwechselarm 13 arbeitet der Reihe nach mit einer Verlängerung, einer Drehbewegung um einen Winkel von 1EO und einer Wegziehbewegung. Ein Raststift 14 steht am Werkzeughalteplatz des Werkzeugmagazins 24 vor und greift in die Mitnehmernut lla des Werkzeugs 11 ein, und zwar mit einem Spiel entsprechend einem Winkelbetrag 2a. Um diesen Winkelbetrag ist das Werkzeug 11 daher drehbar. In Fig. 1 ist nur ein Werkzeughalteplatz dargestellt, welcher auf die Werkzeugentnahmestation eingestellt ist. Es ist jedoch offensichtlich, daß ein Raststift 14 an jedem der Werkzeughalteplätze in der gleichen Winkellage angeordnet ist, so daß die einzelnen Raststifte gleiche Winkelbeziehung zueinander haben, d. h. sie alle stehen in der ~Drei-Uhr-Position" des jeweiligen Werkzeughalteplatzes gemäß Fig. 1.
Der Wechselarm 13 ist derart ausgebildet, daß er um einen Winkel von 1800 verschwenkt werden kann. Die Werkzeugspindel 10 wird vor der Werkzeugüberführung derart angehalten, daß die Position des Mitnehmers 10a eine vorbestimmte Winkelbeziehung zu dem Raststift 14 in der Werkzeugentnahmestation hat, nämlich die ~Neun-Uhr-Position" gemäß Fig. 1.
In diesem Stadium kann der Werkzeugwechsel stattfinden.
Somit kommt es selbst bei einer Abweichung der Mitnehmernut lla des Wcrkzeugs 11, welches vom Werkzeugwechselarm 13 der Werkzeugspindel 10 zugeführt wird, innerhalb eines Winkelbereichs von + a von der ~Neun-Uhr-Position" zu einem Eingriff der Mitnehmernut lla des Werkzeugs 11 und des Mitnehmers 10a aufgrund des vorgesehenen Spiels 2a.
Auf diese Weise kann die Schwierigkeit einer Unterbrechung des Werkzeugwechselvorgangs durch eine gegenseitige Behinderung des Mitnehmers 10a und der Mitnehmernut lla vermieden werden, so daß die Zuverlässigkeit des Werkzeugwechsels erhöht wird. Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine wird das Spiel a,welches zwischen den hinteren Flächen des Mitnehmers 10a und der Mitnehmernut lla erscheint, vor Beginn des Bearbeitungsvorgangs, z. B. eines Fräsvorgangs, eliminiert, indem man die Werkzeugspindel 10 in Drehbewegung versetzt. Auf diese Weise wird ein Antrieb verwirklicht, welcher im hinblick auf die Zuverlässigkeit dem herkömmlichen Werkzeugantrieb überlegen ist.
Tm folgenden wird auf die Fig. 2 bis 7 Bezug genommen, welche eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine zeigen. Eine Werkzeugmaschine gemäß Fig. 2 umfaßt einen Ständer 20, an dem ein Spindelkopf 21 vorgesehen ist. Dieser trägt drehbar eine Werkzeugspindel 10 und ist in vertikaler Richtung auf- und abbewegbar. Ein Werkstückschlitten 22 ist in Längsrichtung und in Querrichtung relativ zum Ständer 20 verschiebbar und auf diesem Werkstücktisch ist ein Drehtisch 23, auf dem ein Werkstück W befestigt werden kann, derart gelagert, daß er mit einer bestimmten Teilung fortschaltbar ist. Ein Werkzeugmagazin 24 zur Lagerung einer Vielzahl verschiedenster Werkzeuge 11 ist am oberen Ende des Ständers 20 vorgesehen und mit einer bestimmten Teilung fortschatbar. Zwischen dem Werkzeugmagazin 24 und der Werkzeugspindel 10 ist eine automatische Werkzeugwechseleinrichtung 15 vorgesehen, welche einen Werkzeugwechselarm 13 mit einem Paar Greifer 13a, 13b an beiden Enden umfaßt. Die Werkzeuge, welche in dem Werkzeugmagazin 24 gelagert sind und in die Werkzeugspindel 10 eingespannt sind, werden durch die Greifer 13a, 13b erfaßt und jeweils entnommen und gegeneinander ausgetauscht, indem man den Wechselarm 13 um 1800 verschwenkt, und danach wieder eingeführt. Auf diese Weise wird der Werkzeugwechsel vorgenommen.
Wie Fig. 3 deutlich zeigt, weist die Werkzeugspindel 10 an einem Ende eine konische Bohrung 12 für die Aufnahme des Werkzeugs 11 auf, sowie einen Mitnehmer 10a, welcher von der Stirnfläche vorsteht. Das Werkzeug 11 wird nach der Einführung in die konische Bohrung 12 fest in die Werkzeugspindel 10 eingeklemmt, da ein von der hinteren Fläche des Werkzeugs 11 sich erstreckender Zugbolzen 16 von einem Schnappglied 32 rückwärts gezogen wird, welches mit einem Ende einer Zugstange 31 verbunden ist. Diese wird durch ein Paar Druckfedern 30 ständig in Rückwärtsrichtung gezogen.
Gegenüber dem hinteren Ende der Zugstange 31 ist ein Abspann-Zylinder 33 mit einem Kolben 34 vorgesehen, bei dessen Vorwärtsbewegung die Druckfedern 30 komprimiert werden, so daß die Zugstange 31 vorwärts bewegt werden kann und dabei den Zugbolzen 16 vom Schnappglied 32 löst. Nunmehr kann das Werkzeug 11 entnommen werden. Ein Zahnradbauteil 35 ist auf die Werkzeugspindel 10 etwa mittig aufgekeilt. Auf dem Zahnradbauteil 35 sind mit Abstand voneinander ein großes Zahnrad 35a und ein kleines Zahnrad 35b vorgesehen, mit denen ein verschiebbares Zahnradbauteil 36 selektiv in Eingriff bringbar ist. Das verschiebbare Zahnradbauteil 36 ist mit Keileingriff auf einer Keilnabe 38 vorgesehen, welche ihrer seits mit einer Ausgangswelle 37a eines elektrischen Motors 37 verbunden ist. Eine Kupplung 39 ist mit einer Scheibe 39a versehen, welche einer Bremseinheit 40 zugeordnet ist, deren Bremsbacken in Angriff an der Scheibe 39a gebracht werden können. Ein Auslöser 42 ist auf dem Vorderende der Werkzeugspindel 10 in einer vorbestimmten Winkelposition befestigt.
Wenn der Motor 37 nach einer Werkstückbearbeitung (z.B. Fräsen) abgeschaltet wird, so wird die Drehbewegung der Werkzeugspindel 10 aufgrund ihrer Trägheit noch fortgesetzt. Nun wird aber ein am Spindelkopf 21 befestigter Näherungsschalter PRS1 durch den Auslöser 42 aktiviert, wodurch die Bremseinrichtung 40 erregt und die Werkzeugspindel 10 innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs (Grobteilungseinstellung) gestoppt wird.
Am hinteren Ende der Werkzeugspindel 10 ist eine Teilungsplatte 41 mit einem Vorsprung 41a befestigt. Nach Positionierung durch die Bremseinrichtung 40, den Auslöser 42 und den Näherungsschalter PRS1 innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs 2a steht der Vorsprung 41a in einer Position, in der gemäß Fig. 4 der Vorsprung 41a zwischen zwei Teilungsschaltklauen 43a, 43b steht, welche sich sodann einander nähern und von beiden Selten her am Vorsprung 41a angreifen, so daß dieser auf eine vorbestimmte Winkelposition eingestellt wird. Auf diese Weise wird eine Feinteilungsschalteinrichtung gebildet, welche allgemein mit dem Be#ugszeichen 48 bezeichnet ist. Diese soll unten näher erläutert werden.
Ein Paar Gleitstangen 44,deren eine in Fig. 4 gezeigt ist, sind am Spindelkopf 21 derart befestigt, daß sie sich tangential zur Teilungsplatte 41 erstrecken, und die Teilungsschaltklauen 43a, 43b sind auf den Gleitstangen 44 verschiebbar gelagert. Stößelstifte 49a, 49b sind an den hinteren Enden der Teilungsschaltklauen 43a,43b befestigt und greifen mit jeweils einem kugelförmigen Kopfbereich in zwei geschlossene Kurvenbahnen 45a,45b auf der Umfangsfläche einer Kurventrommel 45 ein, welche achsenparallel zu den Gleitstangen 44 drehbar am Spindelkopf 21 gelagert ist. Die Kurventrommel 45 ist auf einer Seite antriebsmäßig mit einem Teil-Schaltmotor 46 verbunden, welcher am Spindelkopf 21 befestigt ist, so daß die Kurventrommel 45 in einer richtung gedreht werden kann. Der Motor 46 umfaßt einen Mechanismus zur Herabsetzung der Geschwindigkeit.
Wie Fig. 5 zeigt, sind in der Winkelposition Ql die Kurvennuten 45a und 45b jeweils parallel entlang den oberen und unteren Kanten der Kurventrommel 45 verlaufend ausgebildet, so daß die Teilungsschaltklauen 43a, 43b, welche von diesen Kurvennuten geführt sld, jeweils von der Rotationsstellung des Vorsprungs 41a weggezogen sind und sich in der am weitesten offenen Position befindet, wie dies in Fig. 4 durch Phantomlinien dargestellt ist. In dieser Stellung ist eine Drehbewegung der Werkzeugspindel 10 möglich.
Wenn ein Endlagenschalter LS1 durch einen Auslöser 47a betätigt wird, so zeigt dies an, daß die Teilungsschaltklauen 43a,43b sich in einer der Winkelposition 81 der Kurventrommel 45 entsprechenden Position befinden. Ein erstes Kurvensegment CS1 erstreckt sich von der Winkelposition Ql zu einer anderen Winkelposition 02'. innerhalb dieses Kurvenverlaufs nähern sich die Kurvennuten 45a, 45b (~iiiander allmählich, so daß sich die Teilungsschaltklauen 43a,43b einander nähern und von beiden Seiten her an dem Vorsprung 41a angreifen. Auf diese Weise wird der Vorsprung 41a, welcher innerhalb eines Winkelbereichs vom Betrag 28 stehen kann, in die ~Drei-Uhr-Position" gemäß Fig. 4 gedreht.
Ein weiterer Endlagenschalter LS2 ist vorgesehen, welcher eine weitere Winkelposition G2 der Kurventrommel 45 erfaßt, wenn er von einem Auslöser 47b betätigt wird. Ein zweites Kurvensegment CS2 befindet sich zwischen der Position 02' und einer weiteren Winkelposition 83. In diesem Abschnitt sind die Kurvennuten 45a, 45b parallel zueinander nach oben geneigt. Demgemäß werden im Verlauf dieser Kurvenabschnitte die Teilungsschaltklauen 43a, 43b zusammen mit dem dazwischen befindlichen Vorsprung 41a aufwärtsbewegt, so daß die Teilungsplatte 41 und die Werkzeugspindel 10 um einen geringen Betrag im Gegenuhrzeigersinn gemäß Fig. 4 gedreht werden. Ein drittes Kurvensegment CS3 erstreckt sich von der Position 83 bis zur Position 81. Im Verlauf dieser Kurvensegmente trennen sich die Kurvennuten 45a und 45b allmählich voneinander, so daß sich die Teilungsschaltklauen 43a,43b vom Rotationsort des Vorsprungs 41a entfernen.
Ein in Fig. 6 gezeigter Wechselarm 13 ist an einem Ende einer hohlen Welle 50 befestigt, welche sowohl um ihre eigene Achse gedreht werden kann als auch in Axialrichtung geradlinig bewegt werden kann. Innerhalb eines Halterungsgehäuses 41 für die Hohlwelle 50 sind Zylinder 54 und 56 ausgebildet.
In dem ersten Zylinder 54 ist verschiebbar ein Kolben mit einer Zahnstange 53 gelagert, welcher senkrecht zur Hohlwelle 50 bewegbar ist. In dem anderen Zylinder ist ein Kolben 55 gelagert, welcher parallel zur Hohlwelle 50 verschiebbar ist. Die Zahnstange 53 kämmt mit ihrer Zahnstangenverzahnung 53a mit einer langgestreckten Verzahnung 50a an der Außenperipherie der Hohlwelle 50, so daß diese Hohlwelle 50 sich trotz des kämmenden Eingriffs in Axialrichtung bewegen kann.
Somit wird die Hohlwelle 50 durch den Kolben 53 in Drehbewegung versetzt. Eine Kolbenstange 57 des Kolbens 55 ist mit einem hydraulischen Verteiler 58 verbunden, welcher am hinteren Ende der Hohlwelle 50 derart angeordnet ist, daß er relativ zu dieser verdreht werden kann, und somit eine Drehbewegung der hohlwelle 50 innerhalb des hydraulischen Verteilers 58 erlaubt, aber zusammen mit der Hohlwelle 50 in axialer Wichtung bewegt wird. Somit führt eine hin und her gehende Bewegung des Kolbens 55 zu einer Vorwärtsbewegung oder Rückwärtsbewegung der Hohlwelle 50.
An beiden Enden des Wechselarms 13 sind ein Paar Greifer 13a,13b vorgesehen, welche um Schwenkstifte 60,61 verschwenkbar sind. Auf die Schwenkstifte 60,61 sind Ritzel 62,63 aufgekeilt, welche wiederum über Leerlaufritzel 64,65 mit Zahnstange 66,67 kämmen. Diese sind, wie man am besten aus Fig. 7 erkennt, radial verschiebbar zur Hohlwelle 50 gelagert. An den inneren Enden der Zahnstangen 66, 67 ist Jeweils ein Ende eines Gelenks 68, 69 angelenkt. Die anderen Enden der Gelenke 68, 69 überlappen sich gegenseitig und sind verschwenkbar mit einem Ende eines schwimmenden Gelenks 70 verbunden. Das andere Ende des schwimmenden Gelenks 70 ist verschwenkbar mit einem Gleitelement 71 verbunden, welches in die Hohlwelle 50 eingesetzt ist. Ferner ist das Gleitelement 71 über eine Stange 74 mit einem Kolben 73 verbunden, welcher in einem Greifzylinder 72 am hinteren Ende der Hohlwelle 50 innerhalb des hydraulischen Verteilers 58 gelagert ist. Wenn nun der Kolben 73 vorwärts bewegt wird, und das schwimmende Gelenk 70 vorwärts drückt, so werden die Gelenke 68,69 radial bewegt und die Zahnstangen 66, 67 werden voneinander fortbewegt, so daß die beiden Greiferpaare 13a, 13b geschlossen werden und die Werkzeuge 11 ergreifen. Demgegenüber bewirkt eine Rückwärtsbewegung des Kolbens 73 die Einhaltung der Gelenke 68, 69 und die Rückwärtsbewegung der Zahnstangen 66, 67 aufeinander zu, so daß die Greifer 13a, 13b geöffnet werden und die Werkzeuge 11 freigeben.
Von jedem der Werkzeughalteplätze des Werkzeugmagazins 24 erstreckt sich gemäß den Figuren 2 und 7 in der ~Drei-Uhr-Position" ein Raststift 14 vor, welcher in Zusammenwirkung mit der Mitnehmernut lla des dort gelagerten Werkzeugs 11 verhindert, daß die Mitnehmernut lla von der Drel-Uhr-Position" um mehr als einen inkelbetrag von f a abweicht. Der vorerwähnte Mitnehmer 10a hat im wesentlichen die gleiche Breite wie der Raststift 14 in seiner Drehrichtung.
Im folgenden soll die Arbeitsweise dieser Einrichtung beschrieben werden. Wenn ein Bearbeitungsvorgang beendet ist, so wird der Spindelkopf 21 aufwärts bewegt und gelangt in die in Fig. 2 gezeigte oberste Endlage. Gleichzeitig wird die Drehbewegung der Werkzeugspindel 10 folgendermaßen gestoppt. Der Motor 37 wird zunächst abgeschaltet und dann wird die Bremseinrichtung 40 erregt, wenn der Näherungsschalter PRS1 feststellt, daß die Werkzeugspindel 10 eine vorbestimmte Winkelposition erreicht. Die Werkzeugspindel 10 wird angehalten und der Vorsprung 41a der Teilungsplatte 41 befindet sich in dem in Fig. 4 gezeigten vorbestimmten Winkelbereich (Grobeinstellung). Nach Beendigung des Grobteilungseinstellvorgangs wird der Teilungsmotor 46 betätigt bis die Kurventrommel 45 sich von der Position Ql bis zur Position e2 bewegt hat. Während dieser Bewegung werden die Klauen 43a, 43b aufeinander zu und in eine geschlossene Stellung bewegt. Demgemäß wird die Winkelstellung des Vorsprungs 41a eingestellt und auf die ~Neun-Uhr-Position" gebracht, welche dem Raststift 14 genau entspricht (Feineinstellung).
Zuvor wurde das Werkzeugmagazin 24 gemäß der Teilung weiterbewegt, so daß ein als nächstes einzusetzendes neues Werkzeug 11 in die Werkzeugentnahmestation oder Werkzeugwechselstation gelangt. Sobald der Feineinstellvorgang beendet ist, werden die Greifer 13a, 13b des Wechselarms 13 geschlossen und ergreifen gleichzeitig das zuvor benutzte Werkzeug 11, welches sich in der Werkzeugspindel 10 befindet und das neue Werkzeug 11, welches sich in der Wechselstation befindet.
Der Abspannzylinder 33 am hinteren Ende der Werkzeugspindel 10 wird betätigt und der Kolben 34 wird vorwärts bewegt, so daß die Zugstange 31 gegen die Federn 30 vorwärts gedrückt wird und das Werkzeug 11 abgespannt wird. Nunmehr wird der Wechselarm 13 durch die Vorwärtsbewegung des Kolbens 55 und der Hohlwelle 50 vorgeschoben, so daß die Werkzeuge 11 von der Werkzeugspindel 10 bzw. dem Werkzeughalteplatz entfernt werden. Nachfolgend wird die Zahnstange 53 derart betätigt, daß die Hohlwelle 50 sowie der Wechselarm 13 um 0 einen Winkel von 180 gedreht werden. Somit wird das von der Spindel 10 abgezogene Werkzeug 11 in Fluchtung gebracht mit dem Werkzeughalteplatz, während andererseits das dem Werkzeughalteplatz entnommene Werkzeug 11 mit der Spindel 10 in Fluchtung gebracht wird.
Sodann erfolgt die Rückwärtsbewegung des Kolbens 55, so daß die Hohlwelle 50 sich mitsamt dem Wechselarm 13 ebenfalls rückwärts bewegt. Demzufolge werden das benutzte Werkzeug 11 und das neue Werkzeug in den Werkzeughalteplatz bzw. in die Werkzeugspindel 10 eingeführt. Da die Mitnehmernut lla des neuen Werkzeugs 11 sich innerhalb eines Winkelbereichs + a um die als Mittellage dienende ~Neun-Uhr-Position" befindet, werden die Werkzeuge 11, 11 jeweils ohne störenden Angriff am Mitnehmer lOa der Werkzeugspindel 10 bzw. am Raststift 14 des Werkzeugplatzes eingeführt. Somit besteht zwischen dem Mitnehmer lOa und der Mitnehmernut lla des frischen Werkzeugs 11 ein Spiel, welches maximal 2a betragen kann. Eine positive antriebsmäßige Verbindung des Werkzeugs 11 mit dem Mitnehmer lOa wird jedoch auf folgende Weise erzielt.
Wenn die Werkzeugeinführung beendet ist, wird der Teilungsmotor 46 betätigt und die Kurventrommel 45 wird von der Winkelposition e2 in die Winkelposition Q1 gedreht, so daß die beiden Klauen 43a, 43b um einen Betrag S t aufwärts bewegt werden (Fig. 5). Dies geschieht während der Bewegungsphase bis zum Winkel 83. Demgemäß werden die Indexscheibe 41 zusammen mit der Werkzeugspindel 10 um einen gewissen Betrag im Gegenuhrzeigersinn gedreht, so daß jeglicher Zwischenraum zwischen dem Mitnehmer lOa und einer der Wandungen der Mitnehmernut, an der der Mitnehmer 10a in Angriff gerät, beseitigt.
Der Kolben 34 des Abspannzylinders 33 wird sodann rückwärts bewegt, wodurch das frische Werkzeug 11 auf die Werkzeugspindel unter der Kraft der Federn 30 gespannt wird. Danach werden die Greifer 13a, 13b geöffnet und geben die Werkzeuge 11, 11 frei. Der Spindelkopf 21 wird sodann sofort in die Bearbeitungsposition bewegt und gleichzeitig wird der Spindelantriebsmotor 37 eingeschaltet, wodurch die Werkzeugspindel 10 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Nun beginnt ein weiterer Bearbeitungsvorgang mit dem frischen Werkzeug 11, welches über den Mitnehmer 10a positiv und sicher angetrieben wird.
Fig. 8 zeigt einen Auschnitt einer elektrischen Steuerschaltung zur Steuerung der oben beschriebenen Vorgänge. Wenn ein normalerweise offener Kontakt cr100 nach Beendigung der Grobeinstellung geschlosen wird, so wird ein Magnetrelais CR110 erregt, welches sich sodann selbst hält, da ein normalerweise offener Kontakt crM06 zum Befehlen des Werkzeugwechselvorgangs bereits geschlossen ist. Die Erregung des Relais CR110 führt zur Einschaltung des Teilungsmotors 46, wodurch die Kurventrommel 45 gedreht wird.
Wenn ein normalerweise offener Kontakt ls2 des Endlagenschalters LS2 geschlossen wird, so wird ein Magnetrelais CR111 erregt, während andererseits das Relais CR110 durch Öffnen des normalerweise geschlossenen Kontakts crlllx abgeschaltet wird. Die Kurventrommel 45 wird von der Winkelposition 81 in die Winkelposition 92 gedreht, so daß die Werkzeugspindel 10 in die vorbestimmte Winkelposition gelangt.
Das Relais CR111 bewirkt bei Betätigung, daß eine bekannte Werkzeugwechselsteuerschaltung TECC den Wechselarm 13 betätigt, da der normalerweise offene Kontakt crlll darin als Startbefehlskontakt vorgesehen ist. Daher ergreift der Wechselarm 13 wie zuvor erwähnt gleichzeitig das frische Werkzeug 11 und das gebrauchte Werkzeug 11. Die Werkzeuge 11,11 werden aus dem Werkzeugmagazin 24 bzw. aus der Werkzeugspindel 10 nach dem Abspannen entnommen. Sodann wird der Werkzeugwechselarm um einen Winkel von 1800 gedreht und führt die Werkzeuge 11, 11 wieder in das Werkzeugmagazin 24 bzw. in die Werkzeugspindel 10 ein. Nach beendeter Einführung der Werkzeuge sind diese immer noch von den Greifern 13a,13b erfaßt. Die Greiferkraft wird jedoch temporär geschwächt und in diesem Zustand wird ein Magnetrelais cr135 sodann über normalerweise offene Kontakte crlll, cr112 und carl28 und einen normalerweise geschlossenen Kontakt crl36x erregt.
Die Erregung des Relais CR135 führt zu einer Betätigung des Teilungsmotors 46, so daß die Kurventrommel 45 weitergedreht wird, so daß ein positiver Angrifi des Mitnehmers 10a an der Mitnehmernut lla des frischen Werkzeugs 11 zustandekommt.
Wenn ein normalerweise offener Kontakt lsl des Endlagenschalters LS1 geschlossen wird, kommt es zu einer Erregung des Magnetrelais CR136, wodurch das Magnetrelais CR113 sowie das Relais CR135 abgeschaltet werden, und zwar durch Öffnen der normalerweise geschlossenen Kontakt crl36x. Somit wird das frische Werkzeug 11 in die Werkzeugspindel 11 eingeklemmt und der Teilungsmotor 46 wird abgeschaltet, so daß die Klemmklauen 43a,43b offen bleiben und somit eine Drehbewegung der Werkzeugspindel 10 möglich ist. Wenn der Werkzeugklemmvorgang beendet ist, wird ein Endlagenschalter L85 betätigt und ein normalerweise offener Kontakt ls5 wird geschlossen und ein Magnetrelais CR137 wird erregt. Ein normalerweise geschlossener Kontakt crl37x des Relais CR137 wird somit geöffnet, wodurch das Relais CR112 abgeschaltet wird, und die Werkzeuge 11, 11 vom Wechselarm 13 freigegeben werden.
Da die Beendigung der Werkzeugfreigabe zum Schließen eines Endlagenschalters LS6 führt, wird ein Magnetrelais CRFMOG erregt, wodurch die Relais CR111 und CR136 abgeschaltet werden, indem nämlich die normalerweise geschlossenen Kontakte crFM06x und crFM06x geöffnet werden. Die Erregung des Relais CRFM06 ist der Endbefehl der Hilfsfunktion M06, so daß, wie oben erwähnt, ein weiterer Bearbeitungsvorgang in diesem Stadium gestartet wird.
Fig. 9 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Feineinstellvorrichtung gemäß Fig. 4. Bei dieser Ausführungsform ist eine Kurventrommel 45 mit ihrer Achse tangential zur Werkzeugspindel 10 angeordnet. Sie umfaßt eine Kurvennut durch die der Teilungsvorsprung 41a direkt geführt wird.
Wie Fig. 10 zeigt, ist nur eine einzige Kurvennut 45c vorgesehen, welche den Teilungsvorsprung 41a in gleicher Weise bewirkt wie die Kurvennuten 45a, 45b der Ausführungsform gemäß Fig. 4 über die Klauen 43a, 43b. Die Gestalt der Kurvennut 45c entspricht genau der Gestalt des erhabenen Bereichs 45c', welcher bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 durch die Kurvennuten 45a und 45b definiert ist.

Claims

P A T E N T A N S P R U CH X Werkzeugmaschine mit einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung, einer drehbar gelagerten und an einem Ende ein Werkzeug aufnehmenden Werkzeugspindel, einem Werkzeugmagazin, in dem eine Vielzahl von Werkzeugen entnehmbar gelagert sind, einer Wechseleinrichtung zum Austauschen des Werkzeugs der Werkzeugspindel gegen ein Werkzeug des Werkzeugmagazins, einem sich von einem Ende der Werkzeugspindel vorerstreckenden und mit einer in jedem der Werkzeuge ausgebildeten Mitnehmernut in Eingriff bringbaren Mitnehmer, mit einer Vielzahl von Raststiiten am Werkzeugmagazin in gleicher Winkelbeziehung zueinander, welche mit den Mitnehmernuten der Werkzeuge in Eingriff bringbar sind und in Drehrichtung des jeweiligen Werkzeugs nahezu die gleiche Breite haben wie der Mitnehmer und mit einer Teilungseinrichtung zur Teilungsschaltbewegung der Werkzeugspindel in Drehrichtung, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Mitnehmernut (lla) eines jeden Werkzeugs (11) derart dimensioniert ist, daß ein vorbestimmtes Spiel (2ar) zwischen derselben und dem Mitnehmer (lot) bei Eingriff desselben besteht und daß die Teilungsschalteinrichtung eine Grobteilungsschalteinrichtung (42, PRS1) umfaßt,zur Einstellung der Werkzeugspindel (10) auf einen vorbestimmten Winkelbereich nach beendetem Bearbeitungsvorgang, sowie ferner eine Feinteilungsschalteinrichtung (48) mit einem bewegbaren Kurvenelement (45), welches ein erstes Kurvensegment (CS1) umfaßt zur Einstellung der Werkzeugspindel (10) auf eine vorbestimmte Winkelposition während einer ersten Bewegungsphase des Kurvenelementes(45) sowie ein zweites Kurvensegment (CS2) zur Drehung der Werkzeugspindel (10) um einen geringen Betrag aus der vorbestimmten Winkelposition während einer zweiten Bewegungsphase des Kurvenelementes (45), wobei dem Kurvenelement (45) eine Kurvenantriebseinrichtung (46) zugeordnet ist, welche die erste Bewegungsphase des Kurvenelementes (45) nach Einstellung der Werkzeugspindel (10) auf den Winkelbereich (2#) durch die Grobteilschalteinrichtung (42,PRS1) bewirkt, sowie die zweite Bewegungsphase des Kurvenelementes (45) nach Einführung eines frischen Werkzeugs (11) in die Werkzeugspindel (10) durch die Wechseleinrichtung (13).
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenelement (45) eine Kurventrommel (45) ist und um eine sich tangential zur Werkzeugspindel (10) erstreckende Achse drehbar angeordnet ist und daß die Kurvenantriebseinrichtung (46) zur selektiven Drehung der Kurventrommel (45) über die erste und zweite Bewegungsphase einen Antriebsmotor (46) umfaßt.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Kurvensegment (CS1,CS2) auf der Umfangsfläche der Kurventrommel(45) ausgebildet sind und ineinander übergehen.
4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gelcrmzeichnet, daß das zweite Kurvensegment (CS2) derart ausgebildet ist, daß die Werkzeugspindel (10) aus der vorbestimmten Winkelposition um einen das vorbestimmte Spiel (2a) zwischen dem Mitnehmer (10a) und der Mitnehmernut (lla) des frischen Werkzeugs (11) übersteigenden Betrag gedreht wird.
5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinteilschalteinrichtung (48) einen sich radial zur Werkzeugspindel (10) erstreckenden Vorsprung (41a) derselben umfaßt und daß die Kurventrommel (45) in antriebsmäßige Verbindung mit dem Vorsprung (41a) bringbar ist, so daß die Winkelposition der Werkzeugspindel (10) gemäß dem ersten und zweiten Kurvensegment (CS1,CS2) einstellbar ist.
6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kurvensegment (CS1) derart ausgebildet ist, daß es den Winkelbereich der Drehbewegung des Vorsprungs (41a) allmählich unter Einstellung der Werkzeugspindel (10) auf die vorbestimmte Winkelposition einschränkt und daß das zweite Kurvensegment (CS2) solch helixförmig zur Kurventrommel (45) erstreckt.
7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurventrommel (45) ein drittes Kurvensegment (CS3) aufweist, welches das zweite Kurvensegment (CS2) mit dem ersten Kurvensegment (CS1) verbindet und derart ausgebildet ist, daß die Einschränkung der Drehfreiheit des Vorsprungs (41a) durch die Kurventrommel (45) allmählich aufgehoben wird.
8. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurventrommel (45) zwei geschlossene Kurvennuten (45a,45b) aufweist, deren jede das erste und zweite Kurvensegment (CS1,CS2) umfaßt und daß die Feinteilschalteinrichtung (48) sich parallel zu der Kurventrommelachse erstreckende Führungselemente (44) umfaßt sowie einen sich radial zur Werkzeugspindel (10) erstreckenden Vorsprung (41a) der Werkzeugspindel und ein Paar Sinstellklauen (43a,43b), welche verschiebbar auf den Führungselementen (44) geführt sind und jeweils in die geschlossenen Kurvennuten (45a,45b) eingreifen und selektiv geöffnet und geschlossen werden können, so daß die Klauen (43a,43b) beim Schließen zur Einstellung der Werkzeugspindel (10) auf die vorbestimmte Winkelposition in Angriff am Vorsprung (41a) bringbar sind und in offener Stellung die Drehung der Werkzeugspindel (10) freigeben.
9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Kurvensegmente (CS1) der beiden Kurvennuten (45a,45b) bei fortschreitender Position der Kurventrommel (45) sich einander allmählich annähern und die Klauen (43a,43b) von der offenen Position in die geschlossene Position bewegen und daß die zweiten Kurvensegmente (CS2) der beiden Kurvennuten (45a,45b) sich helizförmig und parallel zueinander auf der Kurventrommel (45) erstrecken und die Indexklauen (43a,43b) unter Beibehaltung der geschlossenen Position gemeinsam entlang den Führungselementen (44) bewegen.
10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvennuten (45a,45b) dritte Kurvensegmente (CS3) umfassen, welche die zweiten Kurvensegmente (CS2) mit den ersten Kurvensegmenten (CS1) verbinden und allmählich auseinander laufen und die Beschränkung der Drehreiheit des Vorsprungs (41a) durch die Klauen (43a,43b) aufheben.
11. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinteilschalteinrichtung (48) eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Antriebsmotors (46) umfaßt mit einem ersten und einem zweiten Detektor (LS1,LS2) zur Feststellung der offenen Stellung und der geschlossenen Stellung der Klauen (43a,43b), mit einer ersten Steuerschaltung (CR11O,CR111) zur Betätigung des Antriebsmotors (46) bis zum Ansprechen des zweiten Detektors (LS2) nach Einstellung der Werkzeugspindel (10) auf eine Position innerhalb des Winkelbereichs (2#) durch die Grobteilschalteinrichtung (42,PRS1) und mit einer zweiten Steuerschaltung (CR135,CR136) zur Betätigung des Antriebsmotors (46) bis zum Ansprechen des ersten Detektors (LS1) nach Einführung des frischen Werkzeugs (11) in die Werkzeugspindel (10) durch die Werkzeugwechseleinrichtung (13).