DE3011002A1

DE3011002A1 - Werkzeugverbindungsmechanismus fuer werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE3011002A1
Application number: DE19803011002
Authority: DE
Inventors: David Roberts Mcmurtry
Original assignee: Renishaw Electrical Ltd
Current assignee: Renishaw Electrical Ltd
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1980-10-16
Also published as: US4349946A; JPH0223294B2; JPS55157447A

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugverbindungsmechanismus für Werkzeugmaschinen. Die zu verbindenden Werkzeuge können eine Sonde zum Messen eines in dem Maschinenwerkzeug gehaltenen Werkstücks sein, oder es kann sich um ein Schneid- oder Bohrwerkzeug zur Bearbeitungs des Werkstücks handeln.

Aus· der GB-PS 1 445 977 ist es bekannt, eine Sonde zur Verwendung bei der Vermessung von Werkstücken vorzusehen, die ein erstesund ein zweites Teil umfaßt, wobei eines

,_,.,,. . . .-,-,· . JP^ Abstand der Teile drex erste, an jeweils drei um eine Achse/angeordneten Stellen befindliche Stutζelemente aufweist, während das andere Teil drei mit jeweils den ersten Stützelementen in Eingriff.bringbare zweite Stützelemente besitzt, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die in Axialrichtung die Teile an den ersten und zweiten Elementen in Eingriff zwingt, und die ersten und zweiten Elemente eine kinematische Stützeinrichtung bildet, welche die Teile gegen eine " Relatiwersetzung in Querrichtung zu oder . in Drehrichtung um die Achse festlegt. Eines der Teile ist

so ausgelegt, daß es an dem Kopf einer Köordinatenmeßvorrichtung befestigt werden kann, während das andere der Teile ein Halter für einen Griffel zum Abtasten eines zu messenden Werkstücks ist.

Derartige Vorrichtung können betrieben werden, um Meßvorgänge automatisch unter Steuerung durch-einen programmierten Rechner auszuführen, und es hat sich die Notwendigkeit ergeben, daß man auch den Griffel automatisch auswechseln kann. Automatische Werkzeugwechselvorrichtungen sind bei Werkzeugmaschinen beispielsweise aus der GB-PS 1 429 049 bekannt; es handelt sich dabei um relativ komplizierte Vorrichtungen.

Ein erfindungsgemäßer Werkzeug-Stützmechanismus zeichnet sich dadurch aus, daß die ersten Stützelemente sich in

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Radialrichtung nach außen erstrecken und offene Zwischenräume in Winkelrichtung zwischen sich bestimmen, daß die zweiten Stützelemente sich in Radialrichtung nach innen erstrecken und offene Zwischenräume in Winkelrichtung zwischen sich bestimmen, daß die Verbindungsteile in Axialrichtung gegeneinander verschiebbar sind, um ein Lösen an den ersten und zweiten Elementen zu bewirken und daß auf den Lösevorgang folgend die Teile gegeneinander um die Achse verdrehbar sind, um jeweils eines der ersten und der zweiten Elemente mit den Zwischenräumen zwischen den jeweils anderen Elementen auszurichten, um so eine Trennung der Teile in Axialrichtung zu ermöglichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Bearbeitungsmaschine mit dem Verbindungsmechanismus,

Fig. 2 einen vergrößerten Teilausschnitt aus Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 einer geänderten Ausführung,

Fig. 5 ein Schaltbild.

Fig. 1 zeigt eine Koordinatenmeßvorrichtung mit einer Sondenanordnung 10, die so abgestützt ist, daß sie in Richtung der X-, Y- und Z-Achsen eines orthogonalen Koordinatensystems bewegt werden kann. Zu diesem Zweck ist die Anordnung 10 an dem unteren Ende eines vertikal angeordneten länglichen Teils oder eines Meßstabes 11 angebracht, welches in seiner Längsrichtung, in der Z-Achsenrichtung, in einer Lagerung 12 bewegbar ist, wobei die Lagerung 12 integral

mit einem Schlitten 13 ausgeführt ist, der wiederum längs eines Balkens 14 in der X-Achsenrichtung bewegbar abgestützt ist, während der Balken 14 wiederum in der Y-Achsenrichtung auf einer Bahn 15 verschiebbar abgestützt ist. Die Bahn oder Schiene 15 ist auf einem Tisch 16 angebracht, an dem ein zu messendes Werkstück 17 gehalten ist. Der Tisch stützt ein Ablage-Gestell 18 ab, auf dem unterschiedliche Griffeleinheiten 19 zur Verwendung in der Sondenanordnung für verschiedene Arten von Meßvorgängen abgelegt sind. Das Teil 11 wird so angetrieben, daß es eine der Einheiten 19 aufnimmt und sie nach dem Gebrauch wieder in dem Gestell ablecjt. Zu diesem Zweck wird das Teil 11 durch Motorantriebe in Bewegung gesetzt, die in bekannter Weise über einen Rechner gesteuert werden.

Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, besitzt die Sondenanordnung 10 eine Achse 1OA und besteht jeweils aus einer der genannten Einheiten 19 und aus einer Stütz- oder Halteeinheit 20. Die Einheit 19 enthält einen Griffel 21 und ein erstes Verbindungsteil 22. Die Stütz- oder Halteeinheit enthält ein zweites Verbindungsteil 23, das mit dem Teil 22 in Eingriff bringbar ist. Das Teil 22 besteht u.a. aus einem scheibenförmigen Kopf 24 und drei zylindrischen Armen 25, die in Radialrichtung vom Kopf 24 nach außen abstehen. Die Arme 25 bestimmen offene Winkelräume 25B zwischen einander. Das Teil 23 umfaßt ein allgemein zylindrisches Gehäuse 26, das konzentrisch zur Achse 1OA angeordnet ist. Das untere Ende des Gehäuses 26 besitzt drei radial nach innen vorstehende Flanschabschnitte 29, und an jedem Flanschabschnitt sind zwei sphärisch ausgebildete Stützen 30 befestigt, die jeweils zwischen sich zwei konvergierende Flächen 3OA bestimmen. Die Stützenpaare 30 bestimmen zwischen einander jeweils offene Zwischenräume 3OB. An dem oberen Ende des Gehäuses 26 ist ein Ende einer Druckfeder 31

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befestigt. Die Arme 25 und die Stützen 30 bilden jeweils erste bzw. zweite Stützelemente.

Fig. 2 zeigt die Einheiten 19 und 20 in gelöster Stellung, jedoch längs der Achse 1OA miteinander ausgerichtet. Die Einheit 19 ist in einem Sockel oder in einer Aufnahmestelle 32 des Gestells 18 aufgenommen, wobei der Kopf 24 auf einer Stützfläche 33 des Sockels 32 aufliegt. Wenn das Teil die Einheit 19 aufnehmen soll, wird es so abgesenkt, daß die Elemente 25 und 30 durch die Zwischenräume 3OB und 25B der jeweils anderen Elemente hindurchtreten, bis das untere Ende der Feder 31 an der Oberseite des Kopfes anliegt. Durch weiteres Absenken des Teils 11 wird die Feder zusammengepreßt und die Arme 25 kommen in eine Stellung

über der Ebene durch die kugelförmigen Stützen 30. Die Einheit 20 wird dann um 60° gedreht, so daß die Arme 25 axial mit den jeweiligen konvergenten Flächenpaaren 3OA ausgerichtet sind und dann wird das Teil 11 wieder angehoben, wodurch die Feder 31 den Kopf 24 nach unten drückt und gleichzeitig die Arme 25 in Eingriff mit den Flächen 3OA hält. Die Arme 25 und die konvergenten Flächen 30A bilden eine kinematische Stützeinrichtung, die zusammenwirkend mit der Feder 31 sicherstellt, daß die Einheit 19 und 20 gegen eine Re lati wer Schiebung quer zu und in Drehrichtung um die Drehachse 10A gesichert ist. Dieser Zustand wird als "erste Ruhestellung" des Griffels 21 bezeichnet.

Die Drehung der Einheit 20 wird durch einen Elektromotor 35 bewirkt, der zwischen dem Teil 11 und der Einheit 20 im wesentlichen in der gezeigten Weise angeordnet ist, wobei die Drehung durch Anschläge 36 am Teil 11 begrenzt wird, die mit einer Lasche oder Nase 37 an der Einheit 20 in Eingriff kommen.

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Wenn der Griffel 19 wieder auf dem Gestell 18 abgelegt werden soll, werden die beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt.

Die Einheit 2O enthält weiter ein Gehäuse 40, das zwischen dem Gehäuse 25 und dem Teil 11 angeordnet ist und eine Aufnahme 41 für das zweite Verbindungsteil 23 einschließt. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 26 am unteren Ende eines Wellenstummels 42 angebracht, an dessen oberem Ende sich ein drittes Verbindungsteil oder ein Kopf 43 mit drei radialen Armen 44 befindet, wobei der Kopf 43 durch eine Feder 46 in Anlage oder in Eingriff mit sphärischen Stützen 45 gedrückt wird, die an dem ein viertes Verbindungsteil bildenden Gehäuse 40 vorgesehen sind. Die Arme 44 und die Stützen 55 bilden¹ dann jeweils dritte bzw. vierte Stützelemente. Die Anordnung entspricht im wesentlichen der aus den Armen 25, Stützen 30 und der

gebildeten
Feder 31/ und ergibt eine zweite Ruhestellung für den Griffel 21. Während jedoch bei dem Teil 23 die zugehörige Feder 31 ausreichende Steifigkeit besitzt, um eine Versetzung von der ersten Ruhestellung weg bei irgendwelchen auf den Griffel 21 einwirkenden Arbeitskräften zu verhindern, ist die Feder 46 ausreichend weich, um eine Versetzung oder Verschiebung des Griffels von der zweiten Ruhestellung weg zuzulassen. Das ist erforderlich, um ein Erfassen der auf den Griffel einwirkenden Arbeitskräfte zu ermöglichen, beispielsweise dadurch, daß eine Änderung des zwischen den Armen 44 und den Stützen 45 auftretenden elektrischen Widerstandes bei der Ausführung eines Meßvorgangs erfaßt wird. Das Gehäuse 40 kann auch, beispielsweise durch einen Gummibalg 47, abgeschlossen sein, um die für den genauen Sitz bei geringen Federdrücken erforderliche Sauberkeit sicherzustellen.

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Die Gehäuse 40 und 26 besitzen in Axialrichtung voneinander einen durch den Spalt 52 bezeichneten Abstand, um eine Versetzung des Griffels zu ermöglichen, d.h. ein Kippen des Kopfes 43 auf den Stützen 45, wenn der Griffel während eines Meßvorganges an dem Werkstück 17 anliegt. Wenn das Teil 11 abgelassen wird, um die Einheit 19 aufzunehmen, wird die relativ schwache Feder 46 zusammengedrückt, bevor die Feder 31 nachgibt. Dadurch wird der Spalte 52 geschlossen und die Gehäuse 40 und 26 liegen in Axialrichtung mit den Flächen 48 und 49 aneinander an, um die zum Zusammendrücken der Feder 31 erforderliche Axialkraft zu übertragen. Gleichzeitig kommen axial gerichtete Zähne 50 und 51, die an den Gehäusen 40 und 26 ausgebildet sind, in Eingriff, um die durch den Motor erzeugte Drehkraft zu übertragen.

In Fig. 4 sind sphärisch ausgebildete Stützen 53 über den Armen 44 angeordnet und es ist zwischen dem Kopf 43 und dem.Gehäuse 46 eine Zugfeder 54 eingesetzt, um die Arme 44 gegen die Stützen 53 anzulegen. In allen anderen Punkten entsprechen die Stützen 53 den Stützen 45. Wenn das Teil 11 abgesenkt wird, um die Einheit 19 aufzunehmen, wird der Spalt 53 hier nicht geschlossen, da die zum Zusammendrücken der Feder 31 notwendige Axialkraft direkt durch die Stützen 53 aufgenommen wird. Das zur Drehung des Gehäuses 26 erforderliche Drehmoment wird gleichfalls durch die geneigten Flächen der Stützen 53 übertragen. Der Spalt 52 ist selbstverständlich weiterhin nötig, um das Kippen des Kopfes 43 während eines Meßvorgangs zuzulassen. Die Feder 31 kann im wesentlichen mit der gleichen Federkraft wie die Feder 54 ausgeführt werden, so daß beide Köpfe 43 und 22 während eines Meßvorgangs kippen können, wobei der Kopf 43 nach unten und der Kopf 22 nach oben kippt. Falls der Meßvorgang eine Axialbewegung des Griffels erfordert, läßt die Anordnung auch eine solche Bewegung des Griffels erforderlichenfalls zu dem

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Teil 11 hin oder von diesem weg zu.

Der Motor 35 kann in einem Gehäuse 35a aufgenommen sein, das am unteren Ende des Teils 11 befestigt ist.

In einer weiteren (nicht dargestellten) Abwandlung werden der Kopf 43, die Stützen 45 oder 53 und die Feder 46 oder 54 weggelassen und die Gehäuse 26 und 40 zu einem Bestandteil vereinigt. In diesem Fall muß die Feder 31 ausreichend schwach sein, um eine Versetzung des Griffels beim Meßvorgang zuzulassen.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Abstützen eines Griffels in einer Meßvorrichtung beschränkt und kann allgemein auf Werkzeughalter und automatische Werkzeugwechsel- und -Wahlsysteme bei Bearbeitungsmaschinen angewendet werden. Wenn ein Werkzeug, beispielsweise ein Bohrer oder ein kleiner Frässchneider, statt eines Griffels benutzt wird, dann muß die Feder 31 selbstverständlich fest genug sein, um ein Ausweichen des Werkzeugs unter den bei der Bearbeitung auftretenden Kräften zu verhindern und die geneigten Flächen 30A müssen ausreichend steil sein, so daß eine gute Festlegung des Werkzeugs unter Einwirkung solcher Kräfte gesichert ist. Andererseits kann die Feder 31 immer noch ausreichend schwach gehalten werden, um bei übergroßen auf das Werkzeug einwirkenden Arbeitskräften nachzugeben und auf diese Weise das Werkzeug gegen/.Überlastung zu schützen.

Der Motor 35 kann auch dazu benutzt werden, die gesamte Anordnung 10 zu drehen, um beispielsweise den erwähnten Bohrer oder das Schneid- oder Drehwerkzeug in Umdrehung zu setzen. Bei einer derartigen Anordnung sind die Anschläge 36 und die Nase 37 wegzulassen.

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Nach Fig. 5 können die Stützen 30 mit den aufsitzenden Armen 25 zu einer elektrischen Schaltung vereinigt sein. Die Schaltung wird dann unterbrochen, wenn einer der Arme verschoben oder abgehoben wird; dadurch wird ein Relais

61 zum Abfallen gebracht und ein zweiter Schaltkreis 62 geöffnet bzw. unterbrochen. Der Schaltzustand des Kreises

62 ergibt damit eine Anzeige, ob die Teile 22 und 23 in der rechten Weise miteinander verbunden sind. Die Schaltung 62 kann beispielsweise auf ein System 63 einwirken, das den Motor 35 ausschaltet, falls die Teile 22 und 23 sich an ihren durch die Elemente 25 und 30 gegebenen Verbindungsstellen wegen einer überlastung des Werkzeugs voneinander lösen.

So ergibt sich ein Verbindungsmechanismus mit zwei Verbindungsteilen 22 und 23, die durch Bewegung des einen Teils relativ zum anderen längs und um eine Achse 10A gegeneinander in Eingriff bringbar sind. Die Teile besitzen jeweiligen Stützelemente 25 und 30, die als kinematische Abstützung ausgebildet sind, wobei bei Eingriff der Stützelemente die Teile sich gegenseitig gegen eine Relatiwerschiebung quer zu oder in Drehrichtung um die Achse 1OA abstützen.

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Claims

Werkzeugverbindungsmechanismus für Werkzeugmaschinen

Patentansprüche

M.JWerkzeugverbindungsmechanismus für Werkzeugmaschinen mit einem ersten und einem zweiten Verbindungsteil, von denen eines drei erste an drei Stellen mit Abstand um eine Achse angeordnete erste Stützelemente besitzt, während das andere Teil drei mit jeweils den ersten Stützelementen in Eingriff bringbare Stützelemente besitzt, mit einer Einrichtung, um die Teile in Axialrichtung an den ersten und zweiten Elementen in Eingriff zu zwingen, wobei durch die ersten und zweiten Elemente eine kinematische Stützeinrichtung gebildet ist, die die Teile gegen eine Relativverschiebung quer zu und in Drehrichtung um die Achse festlegt, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Stütz-

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elemente (25) sich in Radialrichtung nach außen erstrecken und in Winkelrichtung zwischen sich offene Räume (25B) bestimmen, daß die zweiten Stützelemente (30) sich in Radialrichtung nach innen erstrecken und in Winkelrichtung offene Räume (30B) zwischen sich bestimmen, daß die Verbindungsteile (22, 23) in Axialrichtung zueinander verschiebbar sind, um ein Lösen an den ersten und den zweiten Elementen zu bewirken, und daß infolge des Lösens die Teile (22, 23) gegeneinander um die Achse (10A) verdrehbar sind, um eines der ersten und zweiten Elemente (25, 30) in Axialrichtung mit den Zwischenräumen (3OB, 25B) zwischen den jeweils anderen Elementen auszurichten, um ein Trennen in Axialrichtung zu ermöglichen.
2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß die Einrichtung, um die Verbindungsteile in Axialrichtung in Eingriff zu zwingen, eine an einem der Teile (23) befestigte, an dem anderen Teil (22) in Eingriff kommende Feder (31) ist.
3. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Verbindungsteil (23) an einem dritten Verbindungsteil (43) befestigt ist, welches an einem vierten Verbindungsteil (40) abgestützt ist, wobei das dritte und das vierte Verbindungsteil jeweils mit dritten und vierten, um die Ache (10A) angeordneten Stützelementen (44, 45; 44, 53) versehen sind, mit elastischen Einrichtungen (46; 54) , um die dritten und vierten Teile in Axialrichtung an den dritten und vierten Stützelementen in Eingriff zu zwingen, und mit Einrichtungen (44, 45; 44, 53) zum Abstützen der zweiten und dritten Teile gegen eine Verschiebung gegeneinander in Querrichtung zu und in Drehrichtung um die Achse (10A).

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4. Mechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das dritte Verbindungsteil (43) an der von dem ersten Verbindungsteil (22) abgewandten Seite des zweiten Verbindungsteils (23) angeordnet ist und daß die vierten Stützelemente (53) an der dem ersten Verbindungsteil (22) abgewandten Seite der dritten Stützelemente (44) angeordnet sind, so daß einerdas erste Verbindungsteil (22) gegen das zweite Verbindungsteil (23) zwingendenAxialkraft durch die vierten Stützelemente (53) entgegengewirkt ist.
5. Mechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Feder eine an einem der Verbindungsteile angebrachte Druckfeder ist, die an dem anderen Verbindungsteil (22) anliegt, um beim Ausrichten der Elemente (25; 30) mit den Zwischenräumen (3OB; 25B) in Trennrichtung der Teile zu wirken.

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