DE3206833C2

DE3206833C2 -

Info

Publication number: DE3206833C2
Application number: DE3206833A
Authority: DE
Inventors: Akira Kyoto Jp Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1981-02-21
Filing date: 1982-02-22
Publication date: 1988-08-25
Also published as: DE3206833A1; JPS57138553A; US4688680A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Werkzeugmagazin mit einem Werkzeugmagazingehäuse für die Aufnahme einer Anzahl von Werkzeugen in ringförmiger Anordnung.

Bei Bearbeitmaschinen, die in der Praxis zum Einsatz kommen und die mit einer Werkzeugauswechseleinrichtung ausgestattet sind, wird ein von einer numerisch gesteuerten Vorrichtung angezeigtes Werkzeug einem Werkzeugmagazin entnommen und mittels eines Werkzeugaustauscharmes auf die Hauptwelle aufgesetzt. Im allgemeinen ist das Werkzeugmagazin mit Bereichen zum Halten des Werkzeuges versehen, die sich in gleichen Zwischenräumen auf einer Scheibe oder auf Werkzeughalterungen befinden, die an einer Kette mit bestimmter Teilung befestigt sind, wobei eine derartige dem Werkzeugmagazin kombinierte Anordnung in der Lage ist, das in einer Werkzeugaustauschstellung angezeigte Werkzeug durch Antreiben und Rotieren der Scheibe oder Kette zu schalten oder anzuhalten.

Die erwähnten Werkzeughalteabschnitte sind mit individu ellen Zahlen versehen, die den im Werkzeugmagazin untergebrachten Werkzeugen entsprechen. Wird eine der Zahlen von der numerisch gesteuerten Vorrichtung abge rufen, wird ein der Zahl entsprechendes Signal durch die Kombination jedes Werkzeughalteabschnittes übertragen und ein entsprechender Begrenzungsschalteranschlag oder Mitnehmer auf der Scheibe fixiert. Fällt dieses Signal mit der erwähnten abgerufenen Zahl von der numerisch ge steuerten Vorrichtung zusammen, kommt der Drehantrieb der Scheibe oder Kette zum Stillstand, wonach dann das Werkzeug übernommen werden kann. Auch in diesem Falle ist es jedoch nicht möglich, die Scheibe oder Kette unmittelbar nach der Koinzidenz der abgerufenen Zahl und des Signals des Grenzschaltermitnehmers zu stoppen, so daß in der Praxis die Antriebsgeschwindigkeit der Scheibe oder Kette vorher herabgesetzt werden muß und ein Haltesignal gerade dann übertragen wird, wenn die gerufene Zahl mit dem Signal des Grenzschaltermitnehmers zusammenfällt, wobei die Scheibe oder Kette in der zweckmäßigen Stellung angehalten wird. Aufgrund eines derartigen Mechanismus war es bisher üblich, einen Grenzschalter für die Übersetzung ins Langsame vor einer Schaltstellung vorzusehen, um ein Verzögerungssignal zu übertragen.

Für den Fall, daß die Scheibe oder Kette in einer genau festgelegten Stellung angehalten wird und eine andere Werkzeugzahl aufgerufen wird, ist ein Satz der Grenzschalter für die Herabsetzung der Geschwindigkeit insoweit ausreichend, als die Drehrichtung der Scheibe oder Kette stets konstant bleibt; da jedoch keine nächst mögliche Drehung in diesem Fall zulässig ist, ist es erforderlich, die Scheibe oder Kette um fast eine Umfangsdrehung weiterzubewegen, was zu einem größeren Bedarf hinsichtlich der Zeit des Zahlenaufrufens und der Wartezeit führt. Darüber hinaus werden bei am Haupt körper der Arbeitsmaschine eingesetztem Werkzeugmagazin die Antriebsschwingungen der Scheibe oder Kette während des Bearbeitungsvorganges an das Werkstück übertragen, bis daß die Präzisionsbearbeitung unmöglich wird. Um eine derart nachteilige Einwirkung zu vermeiden, muß die Bearbeitung des Werkstücks auf halbem Wege zeitweilig eingestellt werden, was eine Herabsetzung der Gesamtleistung zur Folge hat.

Sollte man den Versuch unternehmen, die Zeit für den Werkzeugaustausch zu verkürzen, indem die Scheibe oder Kette zur nächst möglichen Umfangsdrehung weitergetrie ben wird, so ergibt sich die Notwendigkeit, an beiden Seiten einer Schalterstellung zwei Sätze von Grenzschal tern zur Herabsetzung der Geschwindigkeit sowie zusätz lich einen Mechanismus zur Bestimmung der nächstmög lichen Drehung vorzusehen. Hierdurch wird die gesmate Vorrichtung in seinem Aufbau sehr verwickelt, wobei gleichzeitig ein größerer Kostenaufwand nicht zu umgehen ist.

Eine entsprechend aufwendige Werkzeugmaschinensteuerung ist beispielsweise aus der GB-PS 9 12 873 bekannt.

Im übrigen - und dies sei am Rande bemerkt - ist eine schrittweise Bewegung von Maschinenteilen mittels eines elektrischen Schrittmotors allgemein bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer eingangs geschilderten Werkzeugmaschine die Schaltvorrichtung für das Werkzeugmagazin mit möglichst einfachen Mitteln zu verbessern.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigt

Fig. 1(a) eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels, einer Werkzeugmaschine mit der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung;

Fig. 1(b) eine Seitenansicht hiervon;

Fig. 2(a) eine vergrößerte Ansicht des Werkzeugmaga zins;

Fig. 2(b) und Fig. 2(c) Ansichten im Querschnitt der Fig. 2(a) längs der Linie II_b-II_b bzw. II_c-II_c;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Hydraulik schaltung;

Fig. 4, 5 und 6 Ansichten im Querschnitt der Fig. 2 (c) längs der Linie IV-IV, V-V bzw. VI-VI und

Fig. 7(a)-7(d) zeigen Ansichten, aus denen die Betriebsschritte beim Schaltvorgang hervorgehen.

Nach der Zeichnung ist der Werkzeugschlitten 13 so an geordnet, daß er auf einem Bett 12 horizontal nach rechts und links verschoben werden kann. Das Bett 12 ist dabei parallel zu einem Tisch 11 zum Einsetzen eines (nicht dargestellten) Werkstücks angeordnet. Auf dem Schlitten 13 ist eine Säule 15 angeordnet, die zum Tragen eines Spindelkopfes 14 nach rechts und links sowie nach oben und unten verschiebbar ist. Zwi schen dem Arm 16 zum Auswechseln des Werkzeugs, der mit dem Kopf 14 verbunden ist, und einem an der Säule 15 angeordneten und eine Anzahl von Werkzeugen enthal tenden Werkzeugmagazin 18 liegt eine in der Säule un tergebrachte Werkzeugzwischenstation 19, die als Zwi schenstelle fungiert, um das Werkzeug 17 derart zu verfahren, daß das Werkzeug nach unten dem Magazin entnommen und der Arm 16 dahingehend wirksam wird, daß das von einer Hauptwelle 20 abgezogene Werkzeug 17 dem Magazin 18 wiederzugeführt wird.

Wie die Fig. 2(a) und 2(b) zeigen, weist das im vergrößerten Maßstab dargestellte Magazin 18 eine Anzahl von Hülsen 21 zur Aufnahme der Werk zeuge 17 auf, die auf einer um Kettenräder 25 ge führten Endloskette 22 eingesetzt sind. Die Ketten räder 25 liegen an den beiden antreibenden und um laufenden Wellen 23 bzw. 24, die am Magazin 18 dreh bar getragen werden. Ein Antriebsgetriebe 28, das mit einem am Magazin befestigten Hydraulikmotor 27 als Einheit ausgebildet ist, kommt mit dem Zwi schenvorgelege 26 der antreibenden und umlaufenden Welle 23 in Eingriff, die mit einer Antriebsrolle 30 versehen ist, um die ein Takt- oder Zeitsteuerriemen 29 geführt wird. Dieser Riemen 29 läuft gleichfalls um die Transmissionsrolle 33, die sowohl mit einer Schaltpunkterfassungswelle 31 und einer drehbar am Ma gazin 18 gelagerten zylindrischen Rückkopplungswelle 32 eine Einheit bildet. Hierbei sind die Durchmesser der Rolle 30 und der Rolle 33 so gestaltet, daß bei einer durchgeführten Umfangsdrehung der Endloskette 22 die die Schaltstellung erfassende Welle 31 und die Rückkopplungswelle synchron mit der Endloskette 22 ebenfalls eine Umfangsdrehung durchmachen. Die Welle 31 ist über eine Kopplung 35 mit einem Drehwinkelgeber 34, zum Erfassen der Drehstellung der Hülse 21 verbunden, um zu bestimmen, welches Werkzeug 17 der Werkzeugzwischenstation 19 gerade gegenüber liegt.

Nach Fig. 2(c) wird die Rückkopplungswelle 32 gegenüber einem Gehäuse 36 und einem Deckel 37 des Magazins 18 drehbar gehalten. Ein Ende der Führungsantriebswelle 38 ist in die Welle 32 eingefügt, um zu der Welle 32 und dem Gehäuse 36 frei umzulaufen. Das andere Ende der Welle 38 ist mit einem Getriebe 42 versehen, um mit einer Zahnstange 41 in Eingriff zu kommen, die auf einer Kolbenstange 40 eines Digitalzylin ders 39 (Fig. 3) ausgebildet ist, der am Magazin 18 befestigt ist. Die Fig. 3, 4, 6 zeigen die Innen fläche der Welle 32 in Eingriff mit der Außenumfangs fläche der Führungsantriebswelle 38. Diese Innenflä che weist eine Öffnung 46 für die Zuführung von Hy drauliköl, die mit einer Hydraulikpumpe 44 verbunden ist, welche ihrerseits über ein elektromagnetisches Ventil 45 von einem Motor 43 betätigt wird, und eine Öffnung 47 zum Abströmen des Hydrauliköls auf, die der Öffnung 46 in einem Winkel von 180° gegenüber liegt und über ein Magnetvetil 45 eine Verbindung nach außen hat. Wie die Fig. 4 zeigt, ist ein Zufuhrkanal 48 für Hydrauliköl zur Verbindung mit der Öffnung 46 in der Welle 32, der Welle 38 und dem Gehäuse 36 aus gebildet und liegt über einer Kopplung 49 am Magnet ventil 45. Ein Kanal 50 zum Abführen des Hydrauliköls steht mit der Öffnung 47 in Verbindung und ist in der Welle 32, der Welle 38 und dem Gehäuse 36 ausgebildet. Er steht über eine Kopplung 51 mit dem Magnetventil 45 in Verbindung. Zwei bogenförmige Rillen 52 und 53 sind auf der äußeren Umfangsfläche der mit der inneren Um fangsfläche der Rückkopplungswelle 32 in Eingriff ste henden Führungsantriebswelle 38 ausgebildet und liegen einander in einem Winkel von 180° gegenüber. Sie stehen mit der Öffnung 46 und der Öffnung 47 in Verbindung. Die Abschnitte der Welle 38 dienen als Dichtungsabschnitte 54, 55, um die Öffnung 46 und die Öffnung 47 zu schlie ßen. In der Welle 38 und im Gehäuse 36 sind zwei Ka näle 56 und 57 ausgebildet, die mit dem über die Kopp lungen 58 und 59 am Hydraulikmotor 27 liegenden Rillen 52 verbunden sind.

Der Digitalzylinder 39 dient dazu, der Welle 38 Schritt drehungen mit der gleichen Zahl zu erteilen, welche der Anzahl der im Magazin 18 untergebrachten Werkzeuge entspricht. Nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Hub der Kolbenstange 40 durch das Zusammenwirken der Magnet ventile 60-65 gesteuert.

Um nämlich zu erreichen, daß jeder Hub der Kolben stange 40 zur Erregungszeit der einzelnen Magnetven tile differenziert ist, wird durch eine entsprechende Eingabe der Welle 38 eine Drehung erteilt. Geht man hierbei davon aus, daß der für das einmalige Schal ten des Magazins 18 erforderliche Ein heitshub der Kolbenstange 40 durch die Größe S, der Durchmesser des Teilungskreises des Getriebes 42 der Welle 38 und d und die Anzahl sämtlicher Schaltpunkte durch N bestimmt ist, ergibt sich die Formel S = ^f ^d/_N als hinreichende Bedingung (wobei π die Kreiskonstan te ist).

Ähnlich läßt sich bei einer Eingabe in binärkodierter Dezimaldarstellung mit Hüben der Kolbenstange 40 zum Zeitpunkt der Erregung der Magnetventile 60-65 der Größe 1 S, 2 S, 4 S, 8 S, 10 S und 20 S der 17. Schaltpunkt bei spielshalber durch gleichzeitiges Erregen der Magnet ventile 60, 61, 62 und 64 erzielen.

Wie Fig. 7(a) zeigt, sind bei konstanter Schaltstellung die Dichtungsabschnitte 54 und 55 so ausgebildet, daß sie die Öffnung 46 und die Öffnung 47 schließen, wobei auch das Magnetventil 45 geschlossen ist. Bei Beginn einer Schaltung wird die Welle 38 um den erforderli chen Schaltwinkel gedreht und dann angehalten (siehe Fig. 7(b)).

Hiernach wird das Magnetventil 45 geöffnet, Hydrau liköl strömt durch die Pumpe 44 über den Kanal 46 in die Rille 52 und gelangt vom Hydraulikmotor 27 durch den Kanal 56 in die Rille 53 nachdem es den Ka nal 57 durchlaufen und dann durch die Öffnung 47 und den Abströmkanal 50 zur Seite des Magnetventils 45 zurückgekehrt ist. Aufgrund dieser Ausbildung des Ölflusses wird der Motor 27 eingeschaltet und die Welle 23 in Drehung versetzt, worauf dann auch die Endloskette 22 und der Takt- oder Zeitsteuerriemen 29 ihre Bewegung aufnehmen.

Demzufolge nimmt auch die Rückkopplungswelle 32 mit dem umlaufenden Riemen 29 ihre Drehbewegung auf, worauf dann die gesamte Vorrichtung weiterläuft, bis ein Zustand erreicht wird, in dem der Hydraulikölstrom aus der Öffnung 46 mit Hilfe des Dichtungsabschnitts 54 (siehe Fig. 7(d)) unterbrochen werden kann. Wenn der Zustand der Fig. 7(d) erreicht ist, fällt der Ausgang des Drehwinkelgebers 34 mit dem Eingangssignal der Magnetventile 61-65 zusam men, um den Schaltvorgang abzuschließen, da je doch Hydrauliköl aus der Zufuhröffnung 46 dazu bestimmt ist, in die näheren Ölkanäle 56 und 57 zu strömen, wird allerdings auf die Rückkopplungswelle 32 angenähert. Man kann selbstverständlich auch einen Impulsmotor oder dgl. für die Weiterschaltung der Welle 38 benutzen.

Somit wird mit der erfindungsgemäßen Schalt vorrichtung die Rückkopplungswelle dazu gebracht, sich der Führungsantriebswelle folgend mit dem Werkzeugmaga zin gemeinsam zu verschieben, wobei die Führungsantriebs welle durch Nutzung des Hydraulikstroms zum Zwecke der Schaltung in Drehung versetzt wurde; hierbei entfällt jegliche Einrichtung zum Herabsetzen der Geschwindigkeit oder dgl. und es läßt sich eine schnelle Schaltung erzielen, wobei gleichzeitig die Möglichkeit einer annähernden Drehung der Rück kopplungswelle gegeben ist.

Claims

Schaltvorrichtung für ein Werkzeugmagazin mit einem Werkmagazingehäuse für die Aufnahme einer Anzahl von Werkzeugen in ringförmiger Anordnung, gekennzeichnet durch eine zylinderförmige Rückkoppelungswelle (32), die zur Ausführung einer Drehung synchron mit einer Umfangsbe wegung des Werkzeugmagazins (18) ausgebildet ist, eine Führungsantriebswelle (38), die in die Rückkoppelungs welle eingefügt ist, wobei die Führungsantriebswelle zur Durchführung einer schrittartigen Drehbewegung, wobei eine volle Drehbewegung der Anzahl der im Werkzeugmagazin (18) unterge brachten Werkzeuge entspricht, ausgebildet ist, die Rückkoppelungswelle eine Innenumfangsfläche aufweist, welche mit einer Zufuhröffnung (46) und einer Abfuhr öffnung (47) für Hydrauliköl versehen ist, die sich bezogen auf die Zufuhröffnung (46) gegenüberliegen, eine Hydraulikpumpe (44), mit der die Zufuhr- und Abfuhröff nung des Hydrauliköls in Verbindung steht, wobei die Führungsantriebswelle (38) auf der Außenumfangsfläche mit zwei bogenförmigen Rillen (52, 53) versehen ist, die sich gegenüberliegen und mit der Zufuhröffnung (46) für das Hydrauliköl und entsprechend mit der Abfuhröffnung (47) in Verbindung stehen, eine Trennvorrichtung (54, 55) auf der Führungsantriebswelle zum Trennen der beiden Rillen (52, 53), wobei die Trennvorrichtung zwei Dichtungsabschnitte (54, 55) zum Schließen der Zufuhr- und Abfuhröffnung bildet, wenn die Dichtungsabschnitte mit der Zufuhr- und der Ausfuhröffnung entsprechend ausgerichtet sind, einen Hydraulikmotor (27) und Ölkanälen (56, 57) in der Führungsantriebswelle (38), die mit dem Hydraulikmotor und den beiden Rillen in Verbin dung stehen und durch eine Drehantriebswelle (23), die mit dem Hydraulikmotor zum Antreiben des Werkzeugmagazingehäuses verbunden ist.