DE2812200C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit Ständer, an dem der Spindelstock mit der Arbeitsspindel verfahrbar ist, und mit mindestens einem Magazin, dessen rotationssymmetrischer Werkzeug-Träger um eine zu der Arbeitsspindel parallele Achse drehbar ist und mehrere etwa halbkreisförmige Speicherstellen für mit einem Bund versehene Werk­ zeugaufnahmen mit verschiedenen Werkzeugen zum unmittelbaren Wechseln in die Arbeitsspindel und umgekehrt aufweist, wobei die Abstände einer­ seits zwischen der Arbeitsspindel und der Drehachse des Trägers sowie andererseits zwischen der Drehebene des Trägers und dem Spindelstock veränderbar sind und den Speicherstellen Mittel zum Festhalten und Freigeben der Werkzeugaufnahmen zugeordnet sind.

Bekannt sind Werkzeugmaschinen, deren Magazine rotationssymmetrisch ausgebildet und um ihre Achse drehbar. ansonsten aber feststehend sind. Bei diesen Werkzeugmaschinen sind für den Transport der Werk­ zeuge aus dem Magazin in die Arbeitsspindel und umgekehrt eine Werk­ zeug-Wechselvorrichtung erforderlich. Diese verursacht erheblichen Aufwand an Bau- und Funktionselementen und den dafür erforderlichen elektrischen und hydraulischen Steuerorganen.

Eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 20 54 240 bekannt. Das mehrteilige Werkzeugmagazin dieser Maschine enthält als funktionstypischen Bestandteil einen horizontalen, kranzförmigen Träger, der drehbar ist und die vertikale Arbeitsspin­ del umgibt. Zur Durchführung eines Werkzeugwechsels ist der Träger horizontal und vertikal geradlinig verstellbar; die Maschine hat keine Wechselvorrichtung. Die Werkzeuge hängen vermittels ihres Bundes in nach innen offenen Speicherstellen des ringförmigen Trägers nach unten und werden dort schwerkraftbedingt gehalten oder zum Einsetzen in die Arbeitsspindel gegen die Schwerkraft freigegeben.

Bei dieser Maschine ist das Austauschen der einzelnen Werkzeuge im Magazin umständlich, weil man den kranzförmigen Träger stets umgreifen muß. Man muß in Spindelnähe, d.h. im eigentlichen Arbeitsbereich der Maschine hantieren, worin eine Verletzungsgefahr des Bedienungsperso­ nals liegt. Außerdem ist eine Sicherung der Werkzeuge mit ihren Auf­ nahmen in den Speicherstellen nicht vorhanden, so daß dieses horizon­ tale Magazin für die vertikale Anordnung nicht geeignet ist.

Nach der DE-AS 25 25 212 ist eine weitere mit einer Vertikalspindel versehene Werkzeugmaschine bekannt, die mit Werkzeugwechsler versehen ist und ebenfalls ein Horizontalmagazin, ähnlich einem Kettenmagazin, besitzt. Dieses Magazin enthält zwar Teile, die den Werkzeugen in den Speicherstellen auch in radialer Richtung Halt geben, allerdings mit Spiel. Infolge der lockeren Werkzeughalterungen ist diese bekannte Konstruktion bei einer in der Vertikalebene laufenden Magazinscheibe nicht brauchbar, da eine schwerkraftbedingte Schieflage der Werkzeuge und damit Störungen bei dem Einsetzen derselben in die Arbeitsspindel nicht auszuschließen sind.

Die DE-OS 27 58 962 offenbart eine Werkzeugmaschine mit einer oberhalb der Arbeitsspindel angeordneten vertikalen Magazinscheibe mit nach außen offenen Speicherstellen. Diese hochliegende Magazinscheibe ist bei manuellem Austauschen der einzelnen Werkzeuge nicht rationell ein­ setzbar und stellt eine Gefahrenquelle dar, da die Arbeiten vor der Arbeitsspindel durchgeführt werden müssen. Die Halterung und Siche­ rung der Werkzeugaufnahmen im Magazin sind auf schenkelpaarförmige Schnappfedern beschränkt. die für eine gute Funktion kräftig an den Werkzeugaufnahmen anliegen müssen. Dadurch wird die Austauschbarkeit der Aufnahmen erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Gattung, die ohne Werkzeugwechsler arbeitet, ein derartiges Anordnungsprinzip und eine derartige Ausbildung des Werkzeugmagazins zu erzielen, daß das Magazin für horizontalspindlige Werkzeugmaschinen brauchbar und das Austauschen der Werkzeuge mit ihren Aufnahmen aus den Speicherstellen schnell und gefahrlos durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Träger eine neben dem Stän­ der in vertikaler Ebene angeordnete Magazinscheibe mit nach außen offe­ nen Speicherstellen ist, die mit einem kragenförmigen Vorsprung in eine umlaufende Nut des Bundes formschlüssig eingreifen und den Bund in Verbindung mit einem an ihm radial anliegenden Sperrnocken eines auf einer Seite der Speicherstellen angeordneten und als Festhalte- und Freigabemittel dienenden Sperrgliedes über 180° hinaus einschließen, wobei das Sperrglied tangential zu der Magazinscheibe gegen die Kraft einer Feder verschwenkbar ist sowie einen Schwenknocken für die automatische Betätigung des Sperrgliedes aufweist.

Die vertikale Anordnung einer Magazinscheibe zusammen mit den die Werk­ zeugaufnahmen sichernden Sperrnocken, die durch Verschwenken lösbar sind, machen das Magazin erst brauchbar für Maschinen mit horizontaler Arbeitsspindel. Die Betätigung des Sperrgliedes erfolgt automatisch während des Werkzeugwechselvorganges durch die Eigenbewegung des Maga- zins mit hoher Sicherheit, ohne daß dafür ein zusätzlicher Aufwand an elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Schalt- und Steuer­ geräten erforderlich wäre. Dadurch, daß die Magazinscheibe neben dem Ständer mit seitlichem Abstand von der Arbeitsspindel angeordnet ist, kann das Be- und Entladen des Werkzeugmagazins in einem wenig unfall­ gefährdeten Bereich und daher schnell erfolgen. Ein weiterer erhebli­ cher Vorteil der Erfindung besteht darin, zwei Scheibenmagazine in Zwillingsanordnung vorsehen und dadurch die Anzahl bereitstehender Werkzeuge verdoppeln zu können. Das ermöglicht es, die Werkzeuge einer der bei den Magazinscheiben während des Betriebs der Maschine auszu­ tauschen. Dementsprechend können selbst sehr komplizierte Werkstücke rationell gefertigt werden.

Zweckmäßig sind der Sperrnocken und der Schwenknocken etwa 90° gegenein­ ander versetzt, damit die Schwenkbewegung des Sperrgliedes angemessen ablaufen kann.

Dabei bilden die einander zugekehrten Flächen des Sperrnockens und des Schwenknockens vorteilhaft den freien Raum für den Bund an der Werkzeugaufnahme beim Werkzeugwechsel. Dies erleichtert auch das Be- und Entladen des Magazins mit den Werkzeugaufnahmen.

Für eine exakte Endlage liegt das Sperrglied in Sperrstellung mit einer Fläche senkrecht zur Schwenkebene unter Federkraft gegen einen Anschlag an, wobei der Sperrnocken vor dem Bund an der Werkzeugaufnahme liegt.

Eine besonders einfache und zweckmäßige Konstruktion liegt vor, wenn die Feder von einem Federstab gebildet ist, dessen eines Ende in dem Sperrglied und dessen anderes Ende in der Magazinscheibe befestigt ist.

Vorteilhaft erfolgt das Lösen des Sperrgliedes formschlüssig. Dazu weist die Arbeitsspindel an ihrer vorderen Stirnseite mindestens einen Auflaufnocken mit Anlaufschrägen für die automatische Betätigung des Sperrgliedes mittels des Schwenknockens auf.

Um das schnelle Austauschen der Werkzeug-Aufnahme-Einheit in den Spei­ cherstellen einfach und ohne großen Kraftaufwand manuell bewerkstel­ ligen zu können, kann das Sperrglied einen Nocken für die Handbetäti­ gung aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Werkzeugmaschine in Ansicht von vorn,

Fig. 2 die Werkzeugmaschine in Seitenansicht gemäß Pfeilrichtung II in Fig. 1,

Fig. 3 die Werkzeugmaschine in Draufsicht gemäß Pfeilrichtung III in Fig. 1,

Fig. 4 eine Einzelheit des Werkzeugmagazins nämlich eine Speicher­ stelle bei IV in Fig. 1,

Fig. 5 eine Ansicht auf die Speicherstelle gemäß Pfeilrichtung V in Fig. 4,

Fig. 6 die teilweise Seitenansicht der Speicherstelle gemäß Pfeil­ richtung VI in Fig. 5,

Fig. 7 eine Ansicht gegen die Stirnseite der Arbeitsspindel,

Fig. 8 eine teilweise Draufsicht auf die Arbeitsspindel mit eingefah­ renem Magazin gemäß Pfeilrichtung VIII in Fig. 7,

Fig. 9 eine Seitenansicht auf die Arbeitsspindel teilweise im Schnitt, gemäß Pfeilrichtung IX in Fig. 8,

Fig. 10 bis 12 die Arbeitswege des Magazins während des Wechselvorganges, zu Beginn und am Ende eines Bearbeitungsvorganges.

Die Werkzeugmaschine gemäß Fig. 1 bis 3 besteht im wesentlichen aus dem Maschinenbett 1 dem Arbeitstisch 2, der in Längsrichtung des Ti­ sches (x-Richtung) verfahrbar ist, dem Maschinenständer 3, der auf dem Maschinenbett 1 in Richtung auf den Arbeitstisch 2 zu (z-Achse) verfahrbar ist, und dem Spindelstock 4, der in senkrechter Richtung an dem Maschinenständer 3 verfahrbar ist. Der Arbeitstisch 2 ist außer­ dem um seine eigene Achse horizontal drehbar. Seitlich des Ständers 3 ist ein Werkzeugmagazin 5 so angeordnet, daß die Achse, um die die Magazinscheibe 6 drehbar ist, parallel zur Arbeitsspindel 7 im Spin­ delstock 4 verläuft. Die Erfindung erschöpft sich nicht in der Anord­ nung eines Magazines 5 neben dem Ständer 3. Wie in Fig. 1 und 3 ge­ strichelt dargestellt, kann auch auf der gegenüberliegenden Seite des Ständers 3 ein weiteres von dem vorgenannten unabhängi g einsetzbares Magazin 5a angeordnet sein. Das Magazin 5 ist parallel zur Arbeits­ spindel 7 (z-Richtung) und parallel zur Bewegungsrichtung des Arbeits­ tisches 2 (x-Richtung) verfahrbar und um seine eigene Achse drehbar.

Auf dem Umfang der Magazinscheibe 6 sind mehrere Speicherstellen 8 angeordnet zur Aufnahme von Werkzeugaufnahmen 9 mit Werkzeugen 10. Die Ansicht auf eine Werkzeugaufnahme 9 in einer Speicherstelle 8 ist in Fig. 4 im Ausschnitt dargestellt. Auf einer Seite jeder Speicher­ stelle 8 ist ein Sperrglied 11 angeordnet. Das Sperrglied 11 hat auf seiner einen Seite einen Zapfen 12 mit dem es in einer radialen Boh­ rung in der Magazinscheibe 6 des Magazines 5 drehbar gelagert ist. Das Sperrglied 11 hat außerdem zentrisch zum Zapfen 12 eine Bohrung, in die ein Ende eines als Feder 13 ausgebildeten Federstabes eingreift. Die Feder 13 ist mit dem Sperrglied 11 über Schrauben 14 fest verbun­ den. Das andere, aus dem Zapfen 12 des Sperrgliedes 11 herausragende freie Ende der Feder 13 ist über weitere Schrauben 15 mit der Magazin­ scheibe 6 des Magazines 5 fest verbunden. Das Sperrglied 11 hat einen Sperrnocken 16, einen Schwenknocken 17 und einen Bedienungsnocken 18. In der Sperrstellung des Sperrgliedes 11 liegt der Sperrnocken 16 an einem Bund 19 der Werkzeugaufnahme 9 an und verhindert das Entnehmen der Werkzeugaufnahme 9 aus der Speicherstelle 8 (Siehe Fig. 5 und 6). Fig. 7 zeigt die Anordnung von zwei Auflaufnocken 20 an der Stirnseite der Arbeitsspindel 7 oberhalb und unterhalb des Werkzeuges 10. Je ein Auflaufnocken ist einem Magazin 5 bzw. 5a zugeordnet. Die Auflaufnocken 20 haben beidseitig Anlaufschrägen 21.

Nachstehend wird der Werkzeug-Wechselvorgang beschrieben.

Es wird davon ausgegangen, daß ein Werkzeug 10a sich in der Arbeits­ spindel 7 befindet, die für den Wechselvorgang in eine definierte Um­ fangslage gebracht wurde, in welcher der oder die bei den Anlaufnocken. 20 horizontal verlaufen, d.h. parallel zu einer Linie, auf der das Magazin 5 an die Arbeitsspindel 7 herangefahren wird. Die dem Werk­ zeug 10a in dieser Stellung und auf der vorbeschriebenen Linie gegen­ überliegende Speicherstelle 8 ist eine Leerstelle. Aus ihr wurde das Werkzeug 10a entnommen und in sie wird es auch nach Beendigung des Bearbietungsvorganges wieder eingesetzt werden. Der Ständer 3 und der Spindelstock 4 sind in den Achsen y und z in die Werkzeugwechselstel­ lung gefahren worden. Zum Werkzeugwechsel wird das Magazin 5 in der x-Achse, z.B. über eine Kurbelschleife elektromotorisch in Richtung auf die Arbeitsspindel 7 gefahren, bis die Achse des Werkzeuges 10a in der Arbeitsspindel 7 mit der Achse der Speicherstelle 8 überein­ stimmt. Im letzten Teil des Weges, den das Magazin 5 hierbei zurück­ legt, läuft der Schwenknocken 17 des Sperrgliedes 11 auf die Anlauf­ schräge 21 des Auflaufnockens 20 auf und das Sperrglied 11 wird recht­ zeitig soweit um seine Achse gedreht, daß der Sperrnocken 16 den Bund 19 der Werkzeugaufnahme 9 faßt. Der Bund 19 weist eine umlaufende Nut 22 auf, in die ein entsprechend ausgebildeter Vorsprung 23 in der Spei­ cherstelle 8 eingreift und die Werkzeugaufnahme axial und radial in Verbindung mit dem Sperrglied 11 hält. Die Nut 22 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel deswegen trapezförmig gewählt worden, weil sie so der VDI-Richtlinie 2814 entspricht und somit jedes Werkzeug nach dieser Norm in dem Magazin 5 gemäß der vorliegenden Erfindung einge­ setzt werden kann. Die Werkzeugaufnahme 9 und die Speicherstelle 8 können aber auch in jeder anderen Weise ausgebildet werden, sie müssen lediglich einander angepaßt sein.

Nach dem Lösevorgang in der Arbeitsspindel 7 wird das Werkzeugmagazin 5 mit der Werkzeugaufnahme 9 und dem Werkzeug 10a in der z-Achse in Rich­ tung von der Arbeitsspindel 7 weg z.B. wiederum mittels einer Kurbel­ schleife gefahren. Dabei bleibt zunächst der Sperrnocken 16 unter Ein­ wirkung der Kraft der gespannten Feder 13 in Kontakt mit dem Auflauf­ nocken 20, das Sperrglied 11 dreht sich dabei soweit um seine Achse zurück, bis seine Anlagefläche 24 an einem Anschlag 25 in der Magazin­ scheibe 6 anliegt. In dieser Stellung liegt der Sperrnocken 16 vor dem Bund 19 der Werkzeugaufnahme 9 und verriegelt so die Werkzeugauf­ nahme 9 mit dem Werkzeug 10a in der Speicherstelle 8 (siehe Fig. 6). Die Verriegelung ist also erreicht unmittelbar nachdem der Verschiebe­ vorgang des Magazins 5 eingeleitet wurde. Eine sichere und formschlüs­ sige Halterung in der Speicherstelle 8 ist also immer gewährleistet.

Wenn die Werkzeugaufnahme 9 die Arbeitsspindel 7 in ihrer ganzen Länge verlassen hat, wird das Magazin 5 soweit gedreht, bis das für den näch­ sten Bearbeitungsvorgang bestimmte Werkzeug 10 vor der Arbeitsspindel 7 sich befindet. Dieser Drehvorgang braucht hier nicht näher beschrie­ ben zu werden.

Danach wird das Magazin 5 in Richtung auf die Arbeitsspindel 7 zu ver­ schoben und das neue Werkzeug 10 in die Arbeitsspindel 7 eingeführt. Dabei dreht der Schwenknocken 17 nach Berührung mit dem Auflaufnocken 20 das Sperrglied 11 soweit, bis der Sperrnocken 16 den Bund 19 der Werkzeugaufnahme 9 freigibt. Das Werkzeug 10 wird in der Arbeitsspin­ del gespannt und das Magazin 5 fährt rechtwinklig zur Achse der Arbeits­ spindel 7 in seine Ausgangsstellung zurück. Der Freigang des Sperrglie­ des 11 für den Bund 19 der Werkzeugaufnahme 9 wird dabei so lange auf­ recht erhalten, bis der Schwenknocken 17 die Anlaufschräge 21 des Auf­ laufnockens 20 erreicht hat. Von diesem Punkt an wird das Sperrglied 11 soweit unter der Einwirkung der gespannten Feder 13 zurückgedreht, bis die Anlagefläche 24 des Sperrgliedes 11 an dem Anschlag 25 in der Magazinscheibe 6 anliegt. Die Anlaufschräge 21 beginnt erst dann, wenn durch die dann einsetzende Rückdrehung des Sperrgliedes 11 eine Kolli­ sion des Sperrnockens 16 mit dem Bund 19 der Werkzeugaufnahme 9 ausge­ schlossen ist. Die Bewegungsabläufe des Magazines 5 während des ge­ samten Wechselvorganges sind in Fig. 10 in einer Draufsicht schematisch dargestellt.

Fig. 11 zeigt in der gleichen Darstellung die Bewegungsabläufe des Magazins 5 beim Einsetzen des ersten Werkzeuges 10 eines Bearbeitungs­ programms und Fig. 12 die Bewegungsabläufe, die zum Entnehmen und Ab­ legen des letzten Werkzeuges 10 nach Beendigung eines Bearbeitungspro­ gramms erforderlich sind. Der Ausgangspunkt ist jeweils mit A bezeich­ net.

Claims (7)

1. Werkzeugmaschine mit Ständer (3), an dem der Spindelstock (4) mit der Arbeitsspindel (7) verfahrbar ist, und mit mindestens einem Magazin (5), dessen rotationssymmetrischer Werkzeug-Träger um eine zu der Arbeitsspindel parallele Achse drehbar ist und mehrere etwa halbkreisförmige Speicherstellen (8) für mit einem Bund (19) versehene Werkzeugaufnahmen (9) mit verschiedenen Werk­ zeugen (10) zum unmittelbaren Wechseln in die Arbeitsspindel und umgekehrt aufweist, wobei die Abstände einerseits zwischen der Arbeitsspindel (7) und der Drehachse des Trägers sowie anderer­ seits zwischen der Drehebene des Trägers und dem Spindelstock (4) veränderbar sind und den Speicherstellen (8) Mittel zum Fest­ halten und Freigeben der Werkzeugaufnahmen (9) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine neben dem Ständer (3) in vertikaler Ebene angeordnete Magazinscheibe (6) mit nach außen offenen Speicherstellen (8) ist, die mit einem kragenförmigen Vorsprung (23) in eine umlaufende Nut (22) des Bundes (19) form- schlüssig eingreifen und den Bund (19) in Verbindung mit einem an ihm radial anliegenden Sperrnocken (16) eines auf einer Seite der Speicherstellen (8) angeordneten und als Fest­ halte- und Freigabemittel dienenden Sperrgliedes (11) über 180° hinaus einschließen, wobei das Sperrglied (11) tangential zu der Magazinscheibe (6) gegen die Kraft einer Feder (13) verschwenkbar ist sowie einen Schwenknocken (17) für die automatische Betätigung des Sperrgliedes (11) aufweist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrnocken (16) und der Schwenknocken (17) etwa 90° gegen­ einander versetzt sind.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Flächen des Sperrnockens (16) und des Schwenknockens (17) den freien Raum für den Bund (19) an der Werkzeugaufnahme (9) beim Werkzeugwechsel bilden.

4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied (11) in Sperrstellung mit einer Fläche (24) senkrecht zur Schwenkebene unter Federkraft gegen einen Anschlag (25) anliegt und der Sperrnocken (16) vor dem Bund (19) an der Werkzeugaufnahme (9) liegt.

5. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (13) von einem Feder­ stab gebildet ist, dessen eines Ende in dem Sperrglied (11) und dessen anderes Ende in der Magazinscheibe (6) befestigt ist.

6. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsspindel (7) an ihrer vorderen Stirnseite mindestens einen Auflaufnocken (20) mit An­ laufschrägen (21) für die automatische Betätigung des Sperrglie­ des (11) mittels des Schwenknockens (17) aufweist.

7. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied (11) einen Nocken (18) für die Handbetätigung aufweist.