DE2844319C2 - Werkzeugwechsel-Einrichtung - Google Patents

Werkzeugwechsel-Einrichtung

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DE2844319C2
DE2844319C2 DE2844319A DE2844319A DE2844319C2 DE 2844319 C2 DE2844319 C2 DE 2844319C2 DE 2844319 A DE2844319 A DE 2844319A DE 2844319 A DE2844319 A DE 2844319A DE 2844319 C2 DE2844319 C2 DE 2844319C2
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Jörg 7145 Markgröningen Lützkendorf
Manfred 7141 Grossbottwar Schneider
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FRIEDRICH DECKEL AG 8000 MUENCHEN DE
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Description

Die Erfindung betrifft eine Wcrk/eugwcchsel-F.inrichuing gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.
Werkzeugwechsel-Einrichtungen der gatliingsgemüiJen Art finden vor allem bei Werkzeugmaschinen vom Typ des horizontalen Hciirheiliings/eiitrums Verwendung, bei denen der Wcehselarm maschiiienfcst seitlich neben dem in Spindelachsenrichtimg verfahrbarcn
Spindelstock angeordnet ist. Vor allem dann, wenn die Fronifläche des Spindelstockes groß ist, ergibt sich bei einer herkömmlichen Ausbildung des Weehselarnies mit einer symmetrischen Drehachse ein relativ großer Abstand zwischen der Drehachse des Wechselarmes ■> und der Arbeitsspindel. Als Folge davon ergibt sich ein großer Wechselarm-Durchmesser und damit ein großer Abstand des symmetrisch zur Arbeitsspindel angeordneten Werkzeugmagazins von der Drehachse.
Es ist schon eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art bekannt, bei der der Wechselarm außer der üblichen Drehbewegung zum Vertauschen der Piätze der Werkzeuge noch eine Schwenkbewegung ausführen kann, mittels der der Wechselarm zwischen einer Ruhelage und einer Arbeitslage versciiwenkt werden kann (US-PS 33 48 298). Durch diese Schwenkbewegung wird die Drehachse für den Wcchsclvorgang jeweils näher an die Arbeitsspindel geschwenkt, so daß der Wechselarm kürzer und der seitliche Abstand des Magazins vom Spindelstock kleiner gehalten werden kann. Bei der bekaniiten Einrichtung dient die Schwenkbewegung ausschließlich dazu, den Weehseiarm zwischen der Ruhelage und der Arbeitslage zu bewegen. Nach der Schwenkbewegung in die Arbeitslage führt der Wechsclarm zunächst eine Greifbewegung um die Drehachse durch, 2·> durch die er mit dem in der Arbeitsspindel befindlichen Werkzeug sowie dem im Magazin bereitgestellten Werkzeug in Eingriff gelangt. Danach folgen in bekannter Weise die Wechselbewegungen zum Austausch der Werkzeuge zwischen Arbeitsspindel und Magazin. Anschließend wird der Wechselarm durch eine Bewegung um die Drehachse wieder außer Eingriff mit diesen Werkzeugen gebracht und sodann durch eine Schwenkbewegung in die Ruhelage zurückgeschwenkt.
Die für diese Bewegungen erforderlichen Schwenk- si antriebe sind sehr aufwendig. Insbesondere der Antrieb, welcher nacheinander zwei unterschiedliche Bewegungen bewirkt, weist zu diesem Zweck ein aulwendiges hydraulisches Steuersystem auf. welches diese differenzierten Bewegungen steuert. Außerdem wird durch die zusätzliche Bewegung zwischen Arbeitslage und Grcifposition des Wcchselarmes die unproduktive Wcchselzcit in nachteiliger Weise verlängert.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der bekannten Art so zu verbessern, daß sie steuerungstechnisch und damit baulich einfacher wird und gleichzeitig die Werkzeugwcchsclzciten deutlich verkürzt werden.
Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des neuen Hauplanspruches enthaltenen Merkmale gelöst. Danach wird der Wechsclarm aus seiner Ruhelage in einer ->o einzigen Bewegung unmittelbar in seine Greifposition verschwenkt, so daß daran anschließend sofort die eigentliche Wechsclbewcgung erfolgt. Nach der Wechsclbcwcgung ergibt sich ebenfalls wieder eine Zciteinsparung, da auch zurück eier Weehseiarm aus der Greifposi- vi lion unmittelbar in die Ruhelage verschwenkt wird.
Neben der Einsparung an unproduktiver Totzeit ergibt sich auch eine wesentlich einfachere Steuerung, da für jede der beiden Bewegungen (schwenken und drehen) je ein Antrieb vorhanden ist, welcher nur zwei «> Stellungen zu kennen braucht, wie in der ßcispidsbcschreibung näher erläutert ist. Ein wesentlicher Vorteil der durch die Erfindung ermöglichten kurzen Bauweise des Weehselarnies wird auch darin gesehen, daß die den Wcchsclvorgang sehr nachteilig beeinflussenden Mas- 1,5 sen- und Beschlcunigur.gskräfte des die Werkzeuge haltenden Wcchselarmes gering gehalten werden, so daß sich kurze Wechsel/eilen, geringe Erschütterungen sowie geringer Verschleiß ergeben. Weiter wird durch den kurzen Wechselarm das Einschwenken desselben in die Reihe der im Magazin angeordneten Werkzeuge auch bei relativ dichter Werkzeuganordnung möglich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Werkzeugwechselarm gerade ausgebildet und führt eine 180° Grad Drehbewegung sowie eine 90" Grad Schwenkbewegung durch. Die 180° Grad Drehbewegung bedeutet, daß sich die auszutauschenden Werkzeuge in der Spindel sowie im Magazin bezüglich der Drehachse genau gegenüberliegen, so daß es dem Konstrukteur freisteht, den Wechselarm für eine Drehrichtung oder eine Hin- und Rückdrehung auszulegen. Die 90° Grad Schwenkbewegung garantiert eine größtmögliehe Entfernung zwischen Ruhelage und Arbeitslage der Drehachse.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Schwenkachse zwischen der Drehachse und einem Ende des Wechselannes angeordnet ist. Der bezüglich der Schwenkachse kürzere Ann wird bei der Schwenkbewegung in die Arbeitslage zum W^'l.zeugrnagazin hingeschwenkt. Durch diese Anordnung ctyibi sich für diesen kürzeren Arm ein .Schwenkradius, welcher gegenüber der durch die Drehachse definierten Armlänge nochmals kürzer ist, so daß die Werkzeuge entsprechend dich« im Magazin angeordnet sein können.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen und ihre Vorteile in der Beispielsbeschreibung enthalten. Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Ansicht einer Horizontal-Fräs- und Bohrmaschine mit neben dem querverschieblichen Spindelstock angeordnetem Weehseiarm;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Wechselarm gemäß Fig. I:
Fig. 3 einen Schnitt entsprechend der Linie IH-IlI in Fig. 2.
Die in Fig. I dargestellte Maschine besteht im vesentlichcn aus einem Maschinenbett 2 mit einem längsverschiebbaren Werkstücktisch 4. einem darauf quer, d. h. senkrecht zur Bildebene bewegbaren Honzontalschlitten 6 sowie einem daran vertikal verfahrbaren Spindelstock 8, welcher die Arbeitsspindel 10 suwie den nicht dargestellten Spindelantrieb enthält. Neben der Maschine steht ein Schaltschrank 12 für die elektrische Versorgung sowie die Steuerung der Maschine, mit dem Bedien- und Anzeigepult 14.
Auf der in Fig. 1 linken Seite des Horizontalschlittens 6 ist die Werkzeugwechseleinrichtung 16 angeordnet. Sie umfaßt ein Kcucnmaga/in 18 mit Werkzeugen 20 sowie den Werkzcugwechsclarni 22. Das Kettenmagazin besteht in bekannter und deshalb nicht näher dargestellte Weise ans einer über zwei Umlenkscheiben geführten endlosen Kette mit Halterungen für die Werkzeuge. Durch Wcitcrbewegen der Kette kitnn das jeweils als nächstes in die Spindel einzusetzende Werkzeug in die Position befördert werden, in der es vom Wcchselarm 22 dem Magazin entnommen werden kann.
Wie Fig. I erkennen läßt, befindet sich der Wechseliirm 22 in seiner Ruhelage (mit durchgezogenen Linien dargestellt) vollkommen außerhalb des Verschiebewegcs des Horizontiilschlittcns 6, so daß er dessen Querbewegung nicht behindert. Für den Wechselvorgang wird er um die Schwenkachvj 24 um 90" in seine Arbeitslage (strichpunktierte Linien) geschwenkt. Dadurch gelangt die Drehachse 26 in eine spindelnahe Position, so daß der Weehseiarm kurz ausgeführt werden kann. Entspre-
chend nahe kann dann auch das Kettenmagazin 18 am Horizontalschlitten 6 angeordnet werden.
Wie weiterhin aus F i g. I hervorgeht, ist der Schwenkradius des bezüglich der Schwenkachse 24 kürzeren Armes 28 des Wechselarmes 22 sehr klein, so daß er ohne Kollisionsgefahr auch zwischen eng ungeordnete Werkzeuge des Kettenmagazins 18 eingeschwenkt werden kann. Die in F i g. 1 strichpunktiert dargestellte Arbeitslage des Wechselarmes 22 ist zugleich seine Greifposition. Für den Wechselvorgang muß selbstverständlich der Spindelstock 8 auf die Höhe des Wechselarmes 22, d. h. die Höhe der Schwenkachse 24 gefahren werden, wie der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt wurde.
Der eigentliche Wechselvorgang erfolgt in bekannter Weise dadurch, daß der Wechselarm das in der Spindel 10 befindliche sowie das in der Übergabeposition des Magazins 18 befindliche Werkzeug ergreift, diese durch eine Verschiebebewegung des Wechselarmcs in DrehüCrisciirientung aus ihren Halterungen ciUniinim, uurcii Drehung um die Drehachse 26 um 180° deren Plätze vertauscht und durch erneute Verschiebung in Gegenrichtung diese wieder einsetzt. Sodann wird der Wechselarm um seine Schwenkachse 24 wieder in die Ruhelage verschwenkt.
F i g. 2 zeigt den Aufbau des Wechselarmes 22 sowie seine Lagerung und seinen Antriebsmechanismus im einzelnen. Der Wechselarm 22 ist mit einer Hohlwelle 30 fest verbunden, die in einem Lagergehäuse 32 über Lager 34,36 drehbar gelagert ist und die die Schwenkachse für den Wechselarm darstellt. Das Lagergehäuse selbst ist mit einer Hohlwelle 38 über Schrauben 40 fest verbunden, welche über eine nicht näher dargestellte Gleitlagerung drehbar und längsverschiebbar im Trägergehäuse 42 gelagert ist. Das Trägergehäuse 42 ist an der Maschine fest angeordnet. Eine Drehung der Hohlwelle 38 führt zu einer Verschwenkung des Lagergehäuses 32.
Innerhalb der Hohlwelle 38 ist eine Antriebswelle 44 mittels der Wälzlager 46,48 drehbar und in Längsrichtung unverschiebbar angeordnet. Diese Antriebswelle steht über das dem Schwenkarm 22 abgewandte Ende 5G der Hohlwelle hinaus. Am entgegengesetzten Ende der Antriebswelle ist ein Zahnrad 52 befestigt, welches über ein im Lagergehäuse 32 gelagertes Zwischenritzel 54 mit einer auf der Außenseite der Hohlwelle 30 ausgebildeten Verzahnung 55 in Verbindung steht. Eine Drehung der Antriebswelle führt zu einer Drehung des Wechselarmes 22 im Lagergehäuse 32.
Die Drehbewegung der Hohlwelle 38 wird über einen Zahnstangenantrieb 56, die Drehbewegung der Antriebswelle 44 üoer den Zahnstangenantrieb 56 bzw. den Zahnstangenantrieb 58, je nachdem, ob die Antriebswelle ihre zurückgezogene oder ihre vorgeschobene Stellung einnimmt, verursacht, wie im folgenden noch näher erläutert wird. Die Verschiebebewegung der Antriebswelle 44, weiche die Hohlwelle 38 und damit das Lagergehäuse 32 und den Wechselarm 22 mitnimmt, erfolgt über den Verschiebeantrieb 60, der nur schematisch dargestellt ist.
Weitere Einzelheiten der Konstruktion werden im folgenden anhand der Funktionsbeschreibung erläutert. Fig.2 zeigt die Werkzeugwechsel-Einrichtung in ihrer Ruhelage, d. h. das Lagergehäuse 32 mit dem Wechselarm 22 stehen senkrecht neben dem Spindelstock 8 (siehe F i g. i). Um den Wechselann 22 in seine Arbeitslage bzw. Greifposition zu schwenken, wird der Zahnstangenantrieb 56 betätigt. Dieser verdreht das im Trägergehäuse 42 bzw. einem damit fest verbundenen Bauteil gelagerte Zahnrad 62, in dessen AuBenverzahnung 64 die Zahnstange 66 eingreift. Das Zahnrad 62 weist außerdem eine Stirnklauenvcrzahnung 68 auf, welche in am Ende 50 der Hohlwelle 38 ausgebildete Stirnklauen 70 eingreift. Gleichzeitig greift das Zahnrad 62 über eine Innenverzahnung 72 in die Außenverzahnung 74 der Antriebswelle, so daß auch diese mitgenommen wird. Durch Betätigung des Zahnstangenantriebs 56 werden
ίο demnach das Lagergehäuse 32 sowie der Wechselarm 22 gleichsinnig verschwenkt. Die Hohlwelle 38 ist an ihrer Außenseite mit einer Kulisse 76 versehen, welche einen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt 78 sowie einen daran anschließenden, in Längsrichtung verlaufenden Abschnitt 80aufweist. Beider Verdrehung der Hohlwelle 38 gleitet der an der Innenseite des Trägergehäuses 42 angeordnete GIcitstein 84 im Abschnitt 78, bis er mit dem Abschnitt 80 fluchtet.
Inzwischen hat der Wechselarm 22 die Werkzeuge
2u UCf Spinde! Sowie u65 NiugäÄinS ergriffen üfid Über CImC mit 82 bezeichnete Verriegelungsvorrichtung gesichert. Mittels des Verschiebeantriebs 60 wird die Antriebswelle 44 in F i g. 2 nach rechts verschoben. Dabei nimmt sie die Hohlwelle 38 mit. Bei dieser Verschiebung geraten die Stirnklauen 68, 70 außer Eingriff. Eine Verdrehung der Hohlwelle wird durch den GIcitstein 84, welcher in den Abschnitt 80 der Kulisse 76 eingreift, verhindert. Eine Verdrehung der Antriebswelle 44 etwa unter dem Einflui-ungleich schwerer Werkzeuge an beiden Seiten des Wechselarmes wird dadurch verhindert, daß die Innenverzahnung 72 des Zahnrades 62 solange mit der Außenverzahnung 74 der Antriebswelle 44 in Eingriff bleibt, bis die hintere Außenverzahnung 86 der Antriebswelle in die Innenverzahnung 88 des Zahnrades 90 eingreift, welches mit dem Zahnstangenantrieb 58 zusammenwirkt.
Wenn die Antriebswelle vollständig ausgefahren ist, wjfd jJäi· Z3hnst3niTensr!trieb 58 betätigt, welcher üb?r das Zahnrad 90. die Antriebswelle 44 und die Zahnräder 52, 54, 55 den Wechselarm dreht. Sodann wird die Antriebswelle 44 wieder zurückgezogen (wodurch die Werkzeuge in die Spindel bzw. das Magazin eingesetzt werden), die Verriegelung 82 gelöst und der Wechselarm durch Betätigung des Zahnstangenantriebes 56 in seine Ruhelage geschwenkt. Dabei besteht grundsätzlich stcuerungstechnisch die Möglichkeit, vor dem Schwenken des Wechselarmes in seine Ruhelage diesen zunächst wieder vorzuschieben und in seine Ausgangslage zurückzudrehen. Er kann jedoch auch in der Lage, die er nach dem Wechselvorgang einnimmt, in die Ruhelage geschwenkt werden. In diesem Fall erfolgt dann die Drehbewegung des Wechselarmes abwechselnd im oder entgegen dem Uhrzeigersinn.
Die Zahnstangenantriebe werden beispielsweise durch hydraulische Zylinder betätigt und durch elektrische Endschalter 92 gesteuert. Die Endschalter 94 begrenzen den Weg des Verschiebeantriebes 60.
F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch den Zahnstangenantrieb 58 entsprechend der Linie IH-III in Fig.2. Er besteht aus einem Gehäuse 96. in welchem die Zahnstange 98 langsverschiebbar gelagert ist. An beiden Enden der Zahnstange ist je ein Kolben 100,102 angeordnet, welche in zugeordneten Zylindern 104, 106 verschiebbar sind. Der Weg der Zahnstange 98 und damit der Drehwinkel der Antriebswelle 44 wird durch Endschalter 92 exakt festgelegt. Die Verzahnung JOS der Zahnstange greift in die Außenverzahnung 110 des Zahnrades 90 ein und dreht dieses. Die Innenverzahnung 88 des Zahnra-
des 90 greift in die Außenverzahnung 86 der Antriebswelle 44 ein, wie bereits beschrieben.
Der Zahnstangenantrieb 56 ist von gleichem Aufbau und wird deshalb nicht näher beschrieben.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
IO
30
41)
bO
65

Claims (12)

Patentansprüche:
1. Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen mit einer je ein Werkzeug aufnehmenden Arbeitsspindel, umfassend ein mehrere Werkzeuge enthaltendes Werkzeugmagazin sowie einen doppelannigen, an seinen beiden Enden jeweils mit Greifeinrichtungen versehenen Werkzeugwechselarm, welcher um eine zur Spindelachsc parallele Drehachse drehbar und in Richtung dieser Drehachse verschiebbar ist wobei er in einer Greifposition gleichzeitig ein im Magazin sowie das in der Arbeitsspindel befindliche Werkzeug ergreift und diese mittels der Drehbewegung austauscht, und welcher um eine weitere, zur Drehachse parallele Schwenkachse zwischen einer Arbeitslage und einer außerhalb des Spindeibereiches befindlichen Ruhelage verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugwechselarm (22) unmittelbar aus seiner Roäelage in die Greifposition und zurück verschwenkbar ist.
2. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen geraden, eine 180°-Drehbewegung ausführenden Werkzeugwechseiarm (22), wobei der Schwenkwinkel etwa 90° beträgt
3. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (24) zwischen der Drehachse (26) und einem Ende des Wechselarmes (22) angeordnet ist.
4. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bezüglich der Schwenkachse (24) kürzere Arm (28) des doppelarmigen Werkzeugwechselarmes (22) bei der Schwenkbewegung zum Werkzeugmagazin (18) hin schwenkbar ist
5. Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine in einem maschinenfesten Trägergehäuse drehber und verschiebbar gelagerte Hohlwelle mit einem an ihrem vorderen Ende angeordneten Lagergehäuse, welches seinerseits die drehbare Drehachse des Werkzeugwechselarmes trägt, sowie eine in der Hohlwelle axial unverschiebliche, drehbar gelagerte Antriebswelle, welche über ein im Lagergehäuse angeordnetes Getriebe mit der Drehachse des Werkzeugwechselarmes antriebsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem Wechselarm (22) abgewandten, rückwärtigen Ende (50) der Hohlwelle (38) ein maschinenfester Drehantrieb (56) für die Verdrehung derselben vorgesehen ist, daß ein weiterer maschinenfester Drehantrieb (58) an dem aus dem rückwärtigen Ende der Hohlwelle (38) herausragenden Teil der Antriebswelle (44) angreift, und daß an dem dem Wechselarm (22) abgewandten Ende der Antriebswelle (44) ein Verschiebcantrieb (60) zum Längsverschieben derselben angreift.
6. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (56) no für die Hohlwelle (38) eine liiiigsvcrschiebbarc Zahnstange (66) umfaßt, welche ein zur Hohlwelle (38) konzentrisches, im Trägergehäuse (42) gelagertes Zahnrad (62) antreibt, wobei das Zahnrad bei eingefahrenem Wechselann mit einer Stirnver/.ah- t>r> nung (68) o. dgl. in eine an der rückwärtigen Stirnseile der Hohlwelle (38) ausgebildete Stirnverzahnung (70) und mit einer Innenverzahnung (72) in eine an der Antriebswelle ausgebildete, eine Längsbewegung der Antriebswelle gegenüber dem Zahnrad (62) zulassende erste Außenverzahnung (74) eingreift
7. Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß der Drehantrieb (58) für die Antriebswelle (44) eine längsverschiebbare Zahnstange (98) umfaßt welche ein zur Antriebswelle konzentrisches, im Trägergehäuse (42) gelagertes Zahnrad (90) antre>ot, wobei das Zahnrad eine Innenverzahnung (88) aufweist, welche bei eingefahrenem Wechselarm (22) mit der ersten AuBenverzahnung (74) in Eingriff ist und welche bei ausgefahrenem Wechselarm (22) in eine in dessen Bereich gelangende, von der ersten Außenverzahnung durch einen nicht verzahnten Bereich getrennte zweite Außenverzahnung (86) der Antriebswelle (44) eingreift
8. Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Bereiche der Außenverzahnungen (74, 86) der Antriebswelle (44} so angeordnet sind, daß bei einer Verschiebung der Antriebswelle in eine mittlere Verschiebelage beide Außenverzahnungen mit ihren zugeordneten Zahnrädern (62,90) in Eingriff sind.
9. Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (38; mit Mitteln versehen ist welche sie in der der Arbeitstage des Lagergehäuses (32) entsprechenden Lage gegen Verdrehung sichern.
10. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Drehsicherung der Hohlwelle (38) eine an der Außenfläche zur Hohlwelle ausgebildete Kulisse (76) umfaßt, in die ein an der Innenfläche des Trägergchäuscs (42) angeordneter Gleitstein (84) o. dgl. eingreift
11. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulisse (76) einen in Umfangsrichtuwg verlaufenden, eine Verdrehung der Hohlwelle (38) erlaubenden Abschnitt (78) sowie einen daran anschließenden, in Längsrichtung verlaufenden Abschnitt (80) umfaßt, welcher eine Längsverschiebung der Hohlwelle (38) zuläßt und eine Verdrehung verhindert.
12. Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, für eine Werkzeugmaschine mit verschiebbarem Spindelstock, dadurch gekennzeichnet daß die Schwenkachse (24) des Werkzeugwechsclarmes (22) maschinenfest außerhalb des vom Spindelstock (8) einnchmbarcn Raumes angeordnet ist und daß der Werkzeugwechselarm zwischen seiner Arbcitslage und einer vollständig außerhalb des vom Spindelstock einnehmbaren Raumes befindlichen Ruhelage verschwenkbar ist.
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