DE3108071A1

DE3108071A1 - Werkzeug mit einer ausruestung zum selbsttaetigen wechseln verschiedener arbeitsansaetze

Info

Publication number: DE3108071A1
Application number: DE19813108071
Authority: DE
Inventors: Josef Rokycany B&rcaron;ezina
Original assignee: Skoda np
Current assignee: Skoda np
Priority date: 1980-03-13
Filing date: 1981-03-04
Publication date: 1982-01-28
Also published as: GB2071536A; DE3108071C2; FR2477934B3; GB2071536B; CH650714A5; US4417377A; FR2477934A1

Description

PATENTANWALT ■-- 3 Ί 0 O U / Ί

DiPL.-PHYS. DR. WALTHER JWNIUS 3 Hannover

WOLFSTRASSIi 24 · TELEFON (05 11) 83 45 30

1. März 1981 Dr. J/J

Meine Akte: 26Io SKODA koncernovy" podnik, Plzen (Tschechoslowakei)

Werkzeug mit einer Ausrüstung zum selbsttätigen Wechseln verschiedener Arbeite ans ätze

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug mit einer Ausrüstung zum selbsttätigen Wechseln verschiedener Arbeiteansätze, insbesondere für den Einsatz in digital gesteuerten Koordinaten-Werkzeugmaschinen.

Derzeit bekannte Systeme für ein selbsttätiges Wechseln von Werkzeugen in digital gesteuerten Werkzeugmaschinen ahmen die Tätigkeit des Menschen beim Wechseln der Werkzeuge an üblichen Werkzeugmaschinen nach. Das Aufsuchen des Werkzeuges in einem durch ein Programm gesteuerten Vorratsbehälter, das Einstellen an einer richtig orientierten Spindel und das Befestigen an der Spindel der Werkzeugmaschine wird unter Anwendung einer Reihe von Systemen, Fördermanipulatoren und mechanischer Hände ausgeführt.

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Alle derzeit bekannten selbsttätigen Systeme des Wechselns von Werkzeugen arbeiten lit vielen Arbeitselementen mit Tätigkeiten, die lediglich für ein Wechseln der Werkzeuge bestimmt sind. Das komplizierte System des Verarbeiten von Eintritts-Digitalinformationen von Leistungskreisen für das Ausführen von Hilfstätigkeiten und das Steuern von Arbeitselementen an derzeit bekannten Systemen ist der Grund dafür, daß das selbsttätige Wechseln von Werkzeugen die häufigste Ursache von Störungen von digital gesteuerten Werkzeugmaschinen darstellt. Die Anordnung zum Einspannen von Werkzeugschäften an der Spindel erlaubt zum Beispiel kein Anschalten von Zusatzanordnungen, wie z.B. einer Zufuhr eines Kühl- oder Schmiermittels an die Werkzeuge und Werkstücke. Jedes Werkzeug ist mit einem Haupthalter oder Hauptschaft versehen, was verursacht, daß die einzelnen Werkzeuge an einer Werkzeugmaschine mit einer anderen Einspannspindel nicht verwendet werden können.

Derzeit bekannte Werkzeuge mit einer Möglichkeit zum Wechseln verschiedener Arbeite ans ätze sind derart ausgeführt, daß die Verbindung zwischen dem Haupthalter und dem Werkzeugansatz mittels verschiedener Bayonettverbindungen, Schrauben- und Gewindeverbindungen ausgeführt ist. Diese Werkzeuge haben den wesentlichen Nachteil, daß ein Wechseln des Arbeitsansatzes am Haupthalter von Hand vorgenommen werden muß. Kein derzeit bekanntes Werkzeug, bestehend aus einem Haupthalter und einem Arbeitsansatz, und auch kein anderes bekanntes System für ein schnelles Wechseln von Arbeits ans ätzen führt das Wechseln des Arbeitsansatzes selbsttätig ohne ein menschliches Eingreifen aus. Ein Eingreifen von Hand ist insbesondere an Maschinen, die in einem selbsttätigen Zyklus arbeiten, unvorteilhaft, da eben wegen der Notwendigkeit der

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Gegenwart einer Bedienungsperson der Maschine bei von Hand ausgeführtem Wechseln von Werkzeugen die digital gesteuerte Maschine ohne Menschliche Bedienung in einen selbsttätigen Zyklus nicht arbeiten kann.

Die Erfindung beseitigt diese Nachteile. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Werkzeug mit einer Möglichkeit zun selbsttätigen Wechseln von Arbe its ans Atzen zu schaffen, das vor allem für digital gesteuerte Koordinaten-Werkzeugmaschinen bestimat ist.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß der Arbeitsansat ζ ein äußeres oder inneres Gewinde für das Einspannen besitzt und gleichachsig zu diesem ein Abstellgewinde mit einen entgegengesetzten Sinn der Gewindesteigung besitzt, Gegenfiber den Einspanngewinde des Arbeitsansitzes ist ein Spanngewinde des Haupthalters ausgeführt, der an der Spindel der Werkzeugmaschine befestigt ist. Gegenüber dem Abstellgewinde des Arbeitsansatzes ist ein Abste11gewinde eines Vorratsbehälters von Arbeitsansätzen ausgeführt.

Es ist für die Genauigkeit und Steifheit der Verbindung vorteilhaft, wenn am Arbeitsansatz, am Haupthalter und am Vorratsbehälter zylindrische oder konische Zentrierflächen vorgesehen sind.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn am Vorratsbehälter der Arbeitsansätze eine nicht drehbare, achsial abgefederte Muffe mit Abstellgewinde angeordnet ist.

Durch Verlassen der Konzeption eines von Hand ausgeführten Wechselns der Werkzeuge an digital gesteuerten Werkzeugmaschinen gelangte nan zu dem überraschenden Ergebnis einer Lösung, die die Koinzidenz der Spindel einer Werkzeugmaschine

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ausnützt. Das erfindungsgemäße Werkzeug wechselt auf einfache Weise selbsttätig verschiedene Arbeiteansätze an Haupthalter, der an der Spindel der Werkzeugmaschine befestigt ist. Beim Aufsuchen, Wechseln und Einspannen von Arbeitsansätzen ist die Gegenwart einer Bedienungsperson nicht mehr nötig. Das Wechseln wird ohne das Ausführen anderer Arbeitsbewegungen ausgeführt und wird lediglich durch prograamierte Bewegungen der Spindel und durch den prograamierten Drehsinn der Spindel der Werkzeugmaschine gesteuert. Die Informations* eleaente für ein Wechseln der Arbeite ansätze haben den gleichen Charakter wie die Informationselemente für das Bearbeiten. Deswegen entfallen die derzeit verwendeten Systeme, die ein selbsttätiges Wechseln von Werkzeugen steuern. Die Erfindung ersetzt alle Aktionselernente und Manipulatoren, die das derzeit verwendete selbsttätige Wechseln von Werkzeugen ausführen, wodurch eine hohe Einfachheit und Verlässlichkeit erzielt wird. Die Gewindeverbindung und konische oder zylindrische Zentrierflächen sichern ein genaues und starres Einspannen des Arbeitsansatzes am Haupthalter, das in der Lage ist, alle Schneidekräfte zu übertragen. Gleichzeitig wird der Innenraum des Haupthalters und ebenso der Spindel für weitere Mechanismen und Anordnungen freigelassen. Das Werkzeug ermöglicht es, an einer Typenabmessung des Haupthalters Arbeite ans ätze für einen großen Durchmesserbereich einzustellen. Weiter ist es möglich, schnell und genau eine große Zahl von Werkzeugtypen und - falls nötig auch von Verlängerungselementen und Reduktionen zu verwenden. Das Verbindungssystem von Gewindeverbindungen und eines genauen Zentrierkegels oder Bolzens ermöglicht aittels universaler Reduktion^bei unterschiedlicher Ausführung der Werkzeugspanner einzelner Erzeuger ein Austauschen und darüber hinaus die Möglichkeit, selbsttätig ein Werkzeug mittels einiger Gewindeverbindungen verschiedener Größe zusammenzustellen. Durch Austauschen des Haupthalters ist es möglich,

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das ganze System von Arbeitsansätzen der vorliegenden Erfindung an allen Systemen von Hohlräumen von Spindeln von Werkzeugmaschinen in einem weiten Bereich anzuwenden. Die Erfindung kann auch bei bestehenden Werkzeugen Anwendung finden, denn es ist nicht nötig, die Abmessungen der Hohlräume der Spindeln und Werkzeugschäfte zu ändern. Der Gewindeansatz kann an bestehenden, üblich verwendeten Werkzeugschäften befestigt werden. Der maximale Durchmesser der Werkzeuge, insbesondere von Fräsen.wird nicht durch den Durchaesser der Abstellgewinde beschränkt. Bei Bearbeitungszentern, bei denen die maximale Länge des Werkzeuges beschränkt ist, ist es möglich, bei Anwendung dieser Erfindung die Werkzeuglänge selbsttätig zu verlängern, falls im Vorratsbehälter ein Haupthalter vorgesehen ist. Eine Vereinfachung des ganzen Einspannsystems kommt zustande, wenn der Haupthalter durch die Spindel der Werkzeugmaschine gebildet wird. Durch den Haupthalter oder direkt durch die Spindel ist es möglich, auf einfache Weise die Kühlflüssigkeit zuzuführen. Mittels dieses Werkzeuges können bei hohen Schneideparamentero auch von der Spindel entlegene Seiten von Löchern bearbeitet werden und zwar auch in den Fällen, wo ein hohes Verhältnis gegenüber dem Durchmesser der entlegenen Seite des Loches besteht. Der Arbeitsansatz und der Vorratsbehälter ist in diesen Fällen vor der entlegenen Seite des Werkstückes angeordnet.

Die Erfindung ändert bestehende Kategorien digital gesteuerter Werkzeugmaschinen, denn unter Anwendung der Erfindung ist es möglich, jede digital gesteuerte Koordinatenaaschine als Bearbeitungszentrum auszunützen, das durch selbsttätiges Wechseln von Werkzeugen charakterisiert ist.

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Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieleß eines erfindungsgenäßen Werkzeuges näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung eines Arbeitsansatzes, der durch ein Werkzeug mit kleinerem Durchmesser als der Durchmesser des Abstellgewindes in der Abstellage im Behälter gebildet wird, vor dem Wechseln ae Hauptkalter,

Fig. 2 einen Arbeite ans atz, der durch ein Werkzeug mit größerem Durchmesser als der Durchmesser des Abstellgewindes gebildet wird,

Fig. 3 zwei Alternativen von Gewindeschäften von Arbeitsansätzen,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform unter Anwendung eines

üblichen Werkzeuges, an welchem ein Gewindeansatz angeordnet ist und bei dem der Haupthalter die Spindel der Werkzeugmaschine bildet,

Fig. 5, 6, 7 ein weiteres Beispiel einer Ausführung eines Werkzeuges, und

Fig. 8,9,Io eine Anordnung eines Werkzeuges für das Bearbeiten einer von der Spindel der Werkzeugmaschine entlegenen Seite eines Werkstückes,

Das Werkzeug mit einer Möglichkeit des selbsttätigen Wechselns verschiedener Arbeitsansätze besteht aus einem Arbeitsansatz 1, der in der Abstellage in einem Vorratsbehälter 3 angeordnet ist. Der Arbeitsansatz 1 besitzt ein Spanngewinde 11 und konzentrisch dazu ein Abstellgewinde 12 mit einem Steigungssinn, der

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entgegengesetzt zum Steigungssinn des Spanngewindes 11 verläuft. Gegenüber dem Spanngewinde 11 des Arbeitsansatzes 1 ist ein Spanngewinde 21 des Haupthalters 2 vorgesehen, welcher an der Spindel der Werkzeugmaschine befestigt ist. Gegenüber den Abs te 11 gewinde 12 des Arbeitsansatzes 1 ist ein Abstellgewinde 31 im Vorratsbehälter 3 der Arbeitsansätze 1 ausgeführt. Es ist vorteilhaft, wenn die Gewinde 11, 12, 21, 31 durch eine selbstheamende schraubenförmige Nut gebildet werden (Fig. 4).

Der Arbeitsansatz 1 wird durch konische oder auch zylindrische Zentrierflächen 111, 121, 211, 311 zentriert. Es ist vorteilhaft, im Vorratsbehälter 3 der Arbeitsansätze 1 eine radial gesicherte Muffe 32 «it einem Abstellgewinde 31 auszuführen, die achsial durch eine Feder 33 abgefedert ist.

Zu* Beseitigen etwaiger Unreinigkeiten zwischen den Gewinden 12, 31 und den Zentrierflächen 121, 311 sind am Abstellgewinde 12 und an der Zentrierfläche 121 Nuten 4 ausgeführt. Das Werkzeug kann dadurch vereinfacht werden, daß der Haupthalter 2 direkt durch die Spindel der Werkzeugmaschine gebildet wird.

Die Erfindung kann auch an üblichen Werkzeugsystemen dadurch An-^/"^v wendung finden, daß das Spanngewinde 11 und das Abstellgewinde 12 an einer Muffe vorgesehen sind, die an einem üblich verwendeten Werkzeugschaft befestigt ist (Fig. 4). Die von der Spindel der Werkzeugmaschine entlegene Seite des Werkstückes kann auch mittels eines erfindungsgemäßen Werkzeuges bearbeitet werden, Wenn der Arb^itsansatz 1 und der Vorratsbehälter vor der entlegenen Seite 61 des Werkstückes 6 angeordnet sind (Fig. 8, 9, lo). Der Arbeitsansatz 1 kann auch durch ein Werkzeug gebildet werden, oder durch eine Muffe, aber auch eine Verlängerung oder Reduktion zum Befestigen eines üblichen Werkzeuges.

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Der Vorratsbehälter 3 der Arbeitsansätze 1 kann so ausgeführt werden, daß er die Arbeitsfläche der Werkzeugmaschine nicht beeinträchtigt, was allerdings diese Erfindung nicht löst. Der Arbeitsansatz 1 kann nach Einschrauben in Vorratsbehälter 3 oder Haupthalter 2 einen Schalter steuern, der die weitere Verfolgung des Programms einleitet. Diese Anordnung ist in den beiliegenden Zeichnungen nicht dargestellt, wo auch ein mögliches Reinigen der Gewinde und Zentrierflächen durch Blasen und allfälliges Schützen dieser Teile durch einen zusammendruckbaren verschiebbaren Deckel nicht dargestellt $ind.Die Erfindung ermöglicht es, den Arbeitsansatz aus mehreren Teilen zusammenzustellen.

Das erfindungsgemäße Werkzeug arbeitet derart, daß der Haupthalter 2 mit dem Spanngewinde 21, der an der Spindel der Werkzeugmaschine befestigt ist, oder insbesondere an digital gesteuerten Koordinaten-Werkzeugmaschinen durch die Spindel selbst gebildet wird, sich im selbsttätigen Zyklus gegenüber den Koordinaten des Arbeitsansatzes 1, der im Vorrats· behälter 3 angeordnet ist, einstellt. Beim Drehen des Haupthalters 2 im Arbeitssinn kommt es zu einem Einschrauben der Spanngewinde 11, 21. Bei unverändertem Drehsinn wird fortlaufend ein Herausschrauben der Ab stell gewinde 12, 31 erzielt, wodurch der Arbeiteansatz 1 von Vorratsbehälter 3 getrennt wird. Der Arbeitsansatz 1 führt unter ungeändertem, das heißt unter Arbeitsdrehsinn im selbsttätigen Arbeitszyklus den Arbeitsvorgang durch. Nach Beendigen dieses Vorganges wird der Haupthalter 2 mit dem Arbeitsansatz 1 in selbsttätigem Zyklus gegenüber den Koordinaten des Abstellgewindes 31 im Vorratsbehälter 3 eingestellt und durch Reversieren des Drehsinnes des Haupthalters 2 wird durch analogischen Vorgang ein Obergeben des Arbeitsansatzes 1 an den Vorratsbehälter ausgeführt. Im Steuerpro grame ist es möglich, den Wechsel der einzelnen Arbeiteansätze algorhytmisch zu programmieren und

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das eigentliche Wechseln, soweit dies die Type des Arbeite ansatzes 1 erlaubt, durch axiales Andrücken des abgefederten Deckels 32 des Vorratsbehälters 3 für eine Gewindelänge auszuführen und dann lediglich durch Drehen im betreffenden Sinn das Wechseln der Arbeitsansätze durchzuführen.

Das erfindungsgemäße Werkzeug kann außer an durch Programme gesteuerten Werkzeugmaschinen auch vorteilhaft an üblichen Bohr-, Fräs- und Ausbohrmaschinen Anwendung finden, wo ein Wechseln von Werkzeugen wegen ihres hohen Gewichtes schwierig ist. Es ist auch vorteilhaft, dieses Werkzeug an Bearbeitungszentren für Werkzeuge zu benützen, die wegen ihrer großen Abmessungen nicht in Vorratsbehältern von Bearbei tun gs zentern angeordnet werden können, oder falls es nötig ist, das Werkstück und das Werkzeug beim Bearbeiten zu kühlen und das Kühlmedium nicht durch die Spindel der Werkzeugmaschine zugeleitet werden kann.

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Claims

Patentansprüche

l.jWerkzeug für ein selbsttätiges Wechseln verschiedener Arbeite· ansätze, insbesondere für digital gesteuerte Koordinaten-Werkzeugmaschinen,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Arbeitsansatz (1) ein inneres oder äußeres Spann gewin de (11) und konzentrisch dazu ein Abstellgewinde (12) ,,.-■ besitzt, das einen zum Spanngewinde (11) entgegengesetzten

Steigungssinn hat, wobei gegenüber dem Spanngewinde (11) des Arbeitsansatzes (1) ein Spanngewinde (21) an einen Haupthalter (2) vorgesehen ist, der an der Spindel der Werkzeugmaschine befestigt ist und gegenüber dem Abstellgewinde (12) des Arbeiteansatzes (1) Abstellgewinde (31) eines Vorratsbehälters (3) von Arbeiteansätzen ausgeführt sind*
2. Werkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß am Arbeitsansatz (1), am Haupthalter (2) und am Vorratsbehälter (3) konische oder zylindrische Zentrierflächen (111, 121, 211, 311) ausgeführt sind.
3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß am Vorratsbehälter (3) von Arbeitsansätzen (1) eine radial gesicherte Muffe (32) mit einem Abstellgewinde (31) ausgebildet ist, die achsial durch eine Feder (33) abgefedert ist.
4. Werkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

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daß an den Gewinden (11, IZ₉ 21, 31) oder auch an Zentrierflächen (111, 121, 211, 311) Nuten (4) ausgeführt sind.
5. Werkzeug nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupthalter (2) durch die Spindel der Werkzeugmaschine gebildet wird.
6. Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spanngewinde (11) und ein Abstellgewinde (12) an einer Muffe ausgeführt ist, die an einem üblich verwendeten Werkzeugschaft befestigt ist.
7. Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Bearbeiten der von der Spindel der Werkzeugmaschine entlegenen Seite des Werkstückes der Arbeitsansatz (1) und der Vorratsbehälter (3) vor der entlegenen Seite des Werkstückes angeordnet sind.
8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsansatz (1) durch das Werkzeug gebildet wird.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsansatz (1) durch eine Muffe, eine Verlängerung, oder auch durch eine Reduktion zum Befestigen des Arbeitswerkzeuges gebildet wird.

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