DE3322444A1

DE3322444A1 - Vorrichtung zum wechseln von werkzeugen

Info

Publication number: DE3322444A1
Application number: DE3322444A
Authority: DE
Inventors: Lee E. 59715 Bozeman Mont. Cannon; Kenter B. 59715 Bonzeman Mont. Wilson
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Allen Bradley Co LLC
Priority date: 1982-06-24
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1983-12-29
Also published as: ES523549A0; IT1170411B; ES8500795A1; IT8348575A0; GB2124110A; JPS597539A; KR840005367A; GB8316687D0; US4499650A; FR2529127A1

Description

■pgrsrrtairwätte Dr. rer. nat. Thomas Berendt

Dr.-Ing. Hans Leyh Innere Wiener Str. 20 · D 8000 München 80

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

DANA CORPORATION
4500 Dorr Street
Toledo, Ohio, U.S.A.

Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen

Corp. A"14 672

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein Werkzeugmaschinen und insbesondere eine Vorrichtung zum Halten und automatischen Wechseln von Werkzeugen, die beim Betrieb einer Werkzeugmaschine verwendet werden.

Bekanntlich werden numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen verwendet, um eine Mehrzahl von komplexen Arbeitsvorgängen an einem Werkstück auszuführen. Werkzeugmaschinen mit numerischer Steuerung können programmiert werden, um verschiedene Operationen nacheinander auszuführen, von denen z.B. einige einen Werkzeugwechsel erfordern.

Sowohl automatische Werkzeugwechsel vorrichtungen und manuelle Schnei 1-wechseleinrichtungen wurden verwendet, um die Arbeitsgeschwindigkeit und die Leistungsfähigkeit von Werkzeugmaschinen zu steigern. Manuell zu betätigende Werkzeugwechsel geräte erfordern jedoch relativ viel Zeit und die Bereitstellung von Personal. Die bisherigen automatischen Werkzeugwechselgeräte sind hingegen sehr komplex, sie haben verschiedene Arme und Greifer zum Erfassen und Handhaben der Werkzeuge. Hierzu sind zusätzliche Bewegungen der Werkzeugmaschine erforderlich, um diese Greifer zu betätigen, wodurch die erforderliche Zeit für den Werkzeugwechsel erhöht wird. Ferner benötigen die bisher verwendeten Geräte zusätzlichen Raum, um die Bewegung der Greifer zu ermöglichen. Schließlich werden zur Betätigung dieser Arme und Greifer Hilfsmotore verwendet, die teuer sind und weiteren Platz benötigen.

Die Erfindung betrifft somit eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung, die kompakt aufgebaut und einfach zu betätigen ist und die einen schnellen Werkzeugwechsel ermöglicht. Die Vorrichtung kann hierbei Gebrauch von den bereits vorhandenen Möglichkeiten numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen beim Werkzeugwechsel Gebrauch machen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet vorzugsweise einen drehbaren Revolverkopf oder ein Karussell. Die Vorrichtung kann direkt auf einem Werk-

zeugmaschinentisch montiert werden. Der Revolverkopf hat unabhängig montierte und gehaltene Teile, die vertikal und horizontal relativ zum Revolverkopf bewegbar sind. Jede Werkzeugstation hat einen solchen Teil zur Aufnahme eines Werkzeug-Adapters. Ein Werkzeuglösemechanismus betätigt eine Schneilwechselhalterung, die an der Werkzeugmaschine angebracht ist. Der Lösemechanismus hat eine Klaue zum Erfassen einer Arretiermutter für die Werkzeughalterung. Ein Nocken betätigt einen beweglichen Anschlag für den selektiven Eingriff der Klaue und der Arretiermutter. Eine Feder unterstützt den selektiven Eingriff der Klaue und der Arretiermutter. Der Revolverkopf wird durch die Spindel der Werkzeugmaschine gedreht und in Verbindung mit der Bewegung des Maschinentisches durch Motore der Werkzeugmaschine betätigt. Der Werkzeuglösemechanismus wird durch Drehung der Werkzeughalterung durch die Maschinenspindel betätigt. Die Werkzeugwechselvorrichtung hat eine kompakte Abdeckung zum Schutz der Werkzeuge und der Werkzeug-Adapter.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 perspektivisch eine Werkzeugmaschine mit einer automatischen Werkzeugwechselvorrichtung nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt perspektivisch einen Werkzeug-Adapter nach der Erfindung

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht eine Werkzeughalterung zur Verwendung in Verbindung mit der Werkzeugwechselvorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 4 zeigt im Schnitt die Werkzeughalterung nach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt im Schnitt die Werkzeugwechselvorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 6 zeigt perspektivisch und in auseinandergezogener Darstellung einen Teil des Revolverkopfes der Werkzeugwechselvorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 7 zeigt in Ansicht die Werkzeugwechselvorrichtung längs der Linie 7-7 von Fig. 5.

Fig. 8 zeigt perspektivisch einen Teil der Werkzeugwechselvorrichtung nach Fig. 7, und

Fig. 9 zeigt in Draufsicht die Werkzeugwechselvorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine vertikale Fräsmaschine mit einer automatischen Werkzeugwechselvorrichtung nach der Erfindung. Obwohl in Fig. 1 eine vertikale Maschine dargestellt ist, ist die Vorrichtung nach der Erfindung ganz allgemein für Werkzeugmaschinen verwendbar. Die Vertikalfräsmaschine hat einen Sockel 2, von welchem aus sich eine Konsole 3 nach vorn erstreckt, sowie ein Oberteil 4, das oberhalb der Konsole angeordnet ist. Das Oberteil 4 trägt einen Kopf 6 für vertikale» aber nicht drehbare Bewegung relativ zum Sockel 2. Der Kopf trägt eine vertikale Spindel 8, die sich vertikal mit dem Kopf bewegt, relativ zu ihm jedoch frei drehbar ist. Das untere Ende der Spindel 8 ist geeignet, eine Werkzeug 10 anzutreiben, wie noch beschrieben wird. Die Spindel 8 ist in beiden Richtungen mit wahlweise variablen Drehzahlen drehbar und sie wird durch einen nicht-gezeigten Elektromotor in bekannter Weise angetrieben. Die vertikale Achse längs welcher der Kopf 6 und die Spindel 8 beweglich sind, ist die Z-Achse.

Die Konsole 3 trägt einen Schlitten 14, der horizontal längs der Y-Achse bewegbar ist. Ein Tisch 17 ist verschiebbar auf dem Schlitten 14 angebracht, der horizontal quer zur Bewegung des Schlittens 14, d.h. längs der X-Achse bewegbar ist. Der Tisch 17 hat eine Spanneinrichtung 16, in welcher ein Werkstück 18 eingespannt ist. An dem Werkstück wird durch aufeinanderfolgenden Gebrauch verschiedener Werkzeuge eine Folge von Bearbeitungen ausgeführt. Ein Werkzeug-Magazin 50 ist an der linken Seite (bezogen auf Fig. 1) des Maschinentisches auf einem Teil des Tisches angebracht, der im allgemeinen während der Bearbeitung nicht gebraucht wird. Es ist bekannt, daß die Bewegung des Schlittens 14 relativ zur Konsole 3 durch einen Y-Achsen-Motor, und die Bewegung des Tisches 17 relativ zum Schlitten 14 durch einen X-Achsen-Motor gesteuert wird.

Es wird nun zunächst ein Werkzeug-Adapter vom Schnei!wechseltyp beschrieben, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, in welcher ein Werkzeug-Adapter 11 ein Schneidwerkzeug 10 hält. Der Adapter 11 hat einen konischen Kopf 12, einen im wesentlichen zylindrischen Bund oder eine Manschette 13 und ein Paar diametral gegenüberliegender, radial nach außen sich erstreckender Nasen am Bund 13. Der Adapter 11 hat ferner einen abgestuften ringförmigen Ring 15,

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der mit Preßsitz unterhalb des Bundes 13 befestigt ist. Alternativ kann der Ring auch einteilig mit dem Adapter ausgebildet sein. Die Unterseite 15' des Ringes 15 eignet sich zum Ergreifen einer passenden Gegenfläche an dem Werkzeugmagazin, wie noch beschrieben wird.

Der Werkzeug-Adapter ist in der Werkzeughalterung 30 aufgenommen, die in den ! Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Die Werkzeughalterung hat eine Welle 35, die in Eingriff mit der Maschinenspindel 8 steht, eine Hülse 31, die fest mit der Welle 35 verbunden oder einteilig mit ihr ausgebildet ist, und eine Arretiermutter 19, die auf die Hülse 31 gegenüber der Welle 35 geschraubt ist. Ein vier-flügeliger Nocken 150 sitzt mit Preßsitz auf der Hülse 31. Er betätigt einen Werkzeug-Lösemechanismus, wie noch beschrieben wird.

Wie Fig. 3 zeigt, sind in der Außenfläche 19' der Mutter 19 vier axial verlaufende Schlitze 21 ausgebildet zum Eingriff mit einem automatischen Werkzeuglösemechanismus. Vier Schlitze werden vorgezogen, weil die bevorzugte Werkzeughalterung 30 bei einer Rotation der Mutter von weniger als 90° voll betätigbar ist. Der Nocken hat vier Flügel, da die Mutter 19 vier Schlitze hat. Die äußere Fläche 19' ist gleichmäßig bzw. glatt, damit eine in die Schlitze eingreifende Klinke leicht zwischen den Schlitzen 21 gleiten kann, wie noch beschrieben wird.

Die Hülse 31 hat eine kegelige Innenfläche 32, die zu dem kegeligen Kopf 12 des Adapters 11 paßt. Das Gewindeende der Hülse 31 ist mit diametral gegenüberliegenden Schlitzen 24 zur Aufnahme der Nasen 14 des Adapters versehen. Das offene Ende der Mutter 19 hat einen ringförmigen Flansch 23, in welchem ein Paar diametral gegenüberliegender Schlitze 25:-ausgebildet sind, durch welche die Nasen 14 des Adapters aufgenommen werden. Wenn die Schlitze 25 mit den Schlitzen 24 fluchten, kann der Adapter 11 in die Werkzeughalterung eingeführt oder aus ihr herausgenommen werden. Die Schlitze 25 der Mutter haben Nockenflächen 25' zum Eingriff mit den Nasen 14, um einen Adapter aus der Halterung 30 auszuwerfen. Die Hülse 31 ist mit einem radial vorstehenden Anschlag 37 versehen, der die Drehung der Mutter 19 begrenzt und die Schlitze 25 und 24 zum Fluchten bringt, wenn die Mutter 19 in. eine Offen-Position gedreht wird. Im Betrieb wird die Mutter 19 über einen Winkel zwischen 45° und t

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relativ zur Hülse 31 gedreht, um die Schlitze 24 und 25 zum Fluchten zu bringen. Während dieser Drehung der Mutter wird eine Druckfeder gedruckt bzw. gespannt. Wenn die Mutter 19 auf den Anschlag 37 trifft, wird ein mechanischer Riegel 26 betätigt, um die Mutter 19 in ihrer offenen Position zu halten. Der Riegel 26 wird durch einen Stift 27 betätigt, der sich axial in einen der Schlitze 24 erstreckt. Wenn ein Werkzeug-Adapter 11 in der Werkzeughalterung 30 aufgenommen ist, wird der Stift 27 durch eine der Nasen 14 des Adapters niedergedrückt. Der Stift löst hierdurch den Riegel, wodurch es der Druckfeder ermöglicht wird, die Mutter 19 in eine geschlossene Position zu drehen, wodurch der Adapter in die Hülse 31 gezogen wird. Der Adapter 11 wird in der Werkzeughalterung fest gehalten, bis die Mutter in eine offene Position gedreht wird, wodurch der Adapter gelöst und ausgeworfen wird.

Fig. 5 zeigt eine automatische Werkzeugwechsel vorrichtung 50 mit einem sechs-stufigen Revolverkopf. Die Vorrichtung 50 hat eine Grundplatte 52, die auf dem Maschinentisch 17 mittels T-Schrauben (nicht gezeigt) befestigt ist, welche in die T-Nuten des Tisches passen. Die Schrauben sind in zwei Büchsen 51 aufgenommen, die in zwei Bohrungen 53 in der Grundplatte eingepreßt sind. Die Grundplatte ist mit einer vertikalen Säule 55' versehen, die eine Spindel 55 trägt. Die Spindel 55 ist an der Säule 55' mittels eines zweiteiligen, höhenverstellbaren Flansches 57 festgeklemmt. Die Spindel 55 kann vertikal eingestellt werden, zur Anpassung an längere oder kürzere Werkzeuge, durch Lösen des Flansches 57 und Anheben oder Senken der Spindel längs der Säule oder des Trägers 55'.

Die Spindel 55 trägt mittels Lagern 59 und 59' drehbar einen Revolverkopf 56, der sechs in gleichen Winkelabständen angeordnete Werkzeugstationen 60 aufweist, Der Revolverkopf 56 hat einen zylindrischen Mittelteil 67 und einen Basisteil 68 mit sechs Rippen 69 zur Abstützung, jeweils eine zwischen jeder Werkzeugstation. In der Basisplatte 68 sind sechs Aussparungen 68' ausgebildet, jeweils eine zwischen jeder VersteifungsripDe 69, um einen Raum für Werkzeuge zu schaffen, die in den Revolverkopf eingesetzt oder aus ihm entnommen werden. Ein Ring 58 mit sechs in gleichen Winkelabständen ausgebildeten Rast-Schlitzen 58' ist am oberen Ende des Mittelteils 57 angebracht. Eine aus einer federbelasteten Kugel bestehende Verrastung 58" ist an dem Lösemechanismus angebracht

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und erstreckt sich in die entsprechenden Rast-Schlitze 58', wenn die Werkzeugstationen des Revolverkopfes geeignet mit dem Lösemechnismus ausgerichtet sind.

Der Revolverkopf 56 ist mit einem einstückigen Drehkreuz 67' versehen, dessen Form praktisch gleich'derjenigen der Basisplatte 68 ist. Die Basisplatte hat zwölf Löcher, in welchen fest montierte Bolzen 61 sitzen, welche unabhängig die sechs Werkzeugstationen 60 tragen. Die oberen Enden der Bolzen sind mit dem Drehkreuz 67' mittels Schnappringen verbunden. Eine Schraubenfeder 62 ist um jeden Bolzen 61 gelegt, wodurch die Werkzeugstation nach oben, weg von der Basisplatte 68 beaufschlagt wird. Eine aus einem Ring und einer Büchse bestehende Anordnung 62' ist am oberen Ende jeder Feder 62 angeordnet, um vertikale Kräfte von der Werkzeugstation 60 auf die Feder 62 zu übertragen.

Unterhalb des Drehkreuzes 67' tragen die zwölf Bolzen 61 über die Büchsen 62' individuell sechs Bügel 98, von denen jeder ein Adapterjoch 99 zur Aufnahme eines Werkzeug-Adapters trägt. Jedes Joch 99 hat zwei radial verlaufende Schlitze 63, und durch jeden der beiden Schlitze erstreckt sich ein Bolzen Jeder Bügel 98 hat zwei Bohrungen 63' und durch jede Bohrung verläuft ein Bolzen 61. Der Bügel 98 ist axial, aber nicht radial, relativ zur Basisplatte 68 beweglich. Jedes Joch 99 ist jedoch relativ zur Basisplatte in zwei Richtungen beweglich. Erstens kann sich das Joch 99 vertikal bzw. axial auf seinen beiden Bolzen gegen die Kraft der Federn 62 bewegen. Die Federn 62 halten normalerweise die Werkzeugstation in ihrer obersten Position. Zweitens kann sich das Joch 99 radial relativ zur Basisplatte 68 aufgrund der Schlitze 63 bewegen. Die radiale, horizontale Bewegung wird beim Lösen des Werkzeuges benötigt, die vertikale Bewegung bei der Aufnahme des Werkzeuges. Die Schlitze 63 erlauben eine relative Radial bewegung der Werkzeugstation von etwa 4,5 mm.

Jedes Joch 99 ist mit einem abgestuften Rand 65 versehen, zur Aufnahme des Ringes 15 eines zugeordneten Werkzeug-Adapters 11. Der Rand 65 erstreckt sich im Umfang über etwa 204°. Der gebogene Rand 65 schafft einen kurzen vertikalen Freiraum zum Einsetzen oder Herausnehmen eines Werkzeug-Adapters,

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während er in Umfangsrichtung ausreichende Abmessungen hat, um das Werkzeug sicher zu halten. Der Rand 65 kann sich zwischen gerade etwa über 180° bis etwas unter 160° erstrecken, abhängig von den verschiedenen verwendeten Werkzeugen, wobei er in der Lage ist, die Werkzeuge zu halten und die Herausnahme zu ermöglichen, ohne sie vollständig über das Joch 99 anzuheben. Das Joch 99 hat ferner einen Absatz oder eine Kante 65' zum Zwecke des Reibungseingriffs mit der Unterseite 15' des Ringes 15.

Wie Fig. 5 zeigt, ist die Werkzeugwechselvorrichtung 50 mit einer Abdeckung 70 versehen, die aus zwei im wesentlichen identischen, halbzylindrischen Hälften 71 und 72 gebildet ist. Die Abdeckung 71 ist über ein Distanzstück fest mit der Spindel 55 verbunden. Ein Wechselstrom-Motor 76 ist fest mit der Abdeckung 71 und der Spindel 55, ebenfalls über das Distanzstück 73, verbunden. Am oberen Ende des Motors 76 ist eine Kupplung 95 angebracht, welche die Abdeckung 72 trägt, die um die Mittelachse des Revolverkopfes drehbar ist. Der Motor 76 ist selektiv durch die numerische Steuerung der Werkzeugmaschine betätigbar. Der Hauptzweck der Abdeckung 70 besteht darin, die Werkzeuge und die Werkzeug-Adapter, insbesondere die kegelförmigen Köpfe 12 der Adapter, gegen Verschmutzung durch Staub oder Späne zu schützen.

Fig. 7 zeigt einen Werkzeuglösemechanismus 100, der auf der Spindel 55 montiert ist. Der Mechanismus 100 hat obere und untere Grundplatten 102 und 102', die fest mit der Spindel 55 verbunden sind. Zwischen den Grundplatten sind Distanzstücke 101 angeordnet. Der Revolverkopf 56 und die Werkzeugstationen 60 sind relativ zu den Grundplatten drehbar.

Der Werkzeuglösemechanismus 100 ist mit einer Klinkenanordnung 110 und einem beweglichen Anschlag 130 versehen. Die Klinkenanordnung 110 dreht die Mutter 19, wenn die Werkzeughalterung 30 angrenzend an eine Werkzeugstation 60 positioniert ist. Der bewegliche Anschlag 130 ermöglicht oder sperrt selektiv die Bewegung der Klinke, abhängig von der Ausrichtung der Werkzeughalterung 30.

Die Klinkenanordnung 110 umfaßt eine Klinke 112, die drehbar und radial verschiebbar auf einem Zapfen 113 montiert ist, der sich durch einen Langschlitz 114 in der Klinke erstreckt. Der Schlitz 114 verläuft in einem

Winkel 114' von etwa 30° relativ zur radialen Mittellinie 60' einer Werkzeugstation, die sich ausgerichtet unter dem Lösemechanismus befindet.

Die Klinkenanordnung 110 umfaßt ferner eine Federanordnung 120, die sich in einem Winkel 120' von etwa 60° relativ zur Mittellinie 60' der Werkzeugstation erstreckt. Die Anordnung 120 umfaßt einen Zylinder 122, der schwenkbar um einen Zapfen 126 montiert ist, welcher an den Grundplatten 102 und 102' befestigt ist. Ein Stößel 123 mit einem zylindrischen oder kugeligen Ende 124 wird gegen die Klinke 112 mittels einer Feder 121 vorgespannt, so daß die Klinke sowohl in radialer Richtung nach außen auf die Werkzeugstation 60 zu und in Drehrichtung weg von dem beweglichen Anschlag vorgespannt ist. Benachbart zur Klinke ist ein Stift 111 angeordnet, um die Drehung der Klinke gegen die Vorspannung der Feder 121 zu begrenzen.

Der bewegliche Anschlag 130 arbeitet in Verbindung mit der Klinkenanordnung 110 und er umfaßt einen beweglichen Anschlag 132, der drehbar auf einem Zapfen 133 montiert ist, welcher an den Grundplatten 102 und 102' befestigt ist. Ein Nadellager 131 erlaubt eine freie Drehung des Anschlages 132. Wie insbesondere Fig. 8 zeigt, ist der Anschlag 132 mit einer Fläche 134 versehen, zum Sperren bzw. Verriegeln des Eingriffs mit der Klinke 112. Die bewegliche Anschlageinrichtung 130 ist ferner mit einer an ihr befestigten Stütze 136 versehen, sowie einer an dieser mittels einer Schraube 137 schwenkbar befestigten Blattfeder 138. Die Blattfeder 138 hat einen Nockenfolger oder Finger 140 izum Eingriff mit einem Nocken, wie noch beschrieben

wird. Der Finger 140 wirkt mit dem Nocken 150 zusammen, der an der Hülse der Werkzeughalterung 30 angebracht ist, wenn die Werkzeughalterung 30 angrenzend an die Werkzeugstation 60 positioniert ist.

Wie Fig. 7 zeigt, umfaßt die Anschlaganordnung 130 weiterhin einen Stift und eine Feder 142, die beide an den Grundplatten 102 und 102' montiert sind. Die Feder 142 spannt den Anschlag 132 vor in Gegenuhrzeigerrichtung (bezogen auf Fig. 7), d.h. in Richtung auf den Stift 141. Der Stift 141 verhindert eine zu große Bewegung unter der Kraft der Feder 142, und er positioniert den beweglichen Anschlag 132 zum Eingriff mit der Klinke 112.

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Wie Fig. 9 zeigt, liegen wenigstens zwei Werkzeugstationen 60' und 60" frei, wenn die Abdeckung geöffnet ist. Dies ermöglicht die Anwendung einer neuartigen Methode der Drehung des Revolverkopfes. Nach einer bevorzugten Arbeitsweise wird das zuvor in der Maschine verwendete Werkzeug in der Werkzeugstation 60' gehalten, während die Werkzeugstation in der Werkzeugaufnahmestellung 60" leer ist. Die X- und Y-Motore der Werkzeugmaschine bewegen den Maschinentisch 17 solange, bis die Aufnahmestellung 60" direkt unter der Spindel 8 liegt, die ein Werkzeug 10 und eine Werkzeughalterung 30 hält. Die Werkzeughalterung und das Werkzeug werden dann in die Werkzeugstation 60" abgesenkt. Wenn sich das Werkzeug und die Werkzeughalterung in der Werkzeugaufnahmestation 60" befinden» wird der Maschinentisch durch die X- und Y-Motore bewegt, wodurch das Erkzeug und die Werkzeughalterung in die Werkzeuglösestation 60' transportiert werden. Eine neue Werkzeugstation, die das nächste zu verwendende Werkzeug trägt, wird gleichzeitig in die Werkzeugaufnahmestation 60" gedreht. Die Rastenanordnung gewährleistet die richtige Positionierung der Werkzeugstationen während und zwischen der Einstellung des Revolverkopfes.

Nach einer solchen Einstellung des Revolverkopfes ist die Werkzeuglösestation 6o' direkt unter der Spindel 8 und der Werkzeughalterung 30. Der Werkzeuglösemechanismus 100 wird dann betätigt, um den Adapter 11 von der Werkzeughalterung 30 zu lösen, wie noch beschrieben wird, so daß Werkzeug und Werkzeug-Adapter in die Werkzeugstation fallen können. Nach dem Lösen des Werkzeuges werden die Spindel 8 und die Werkzeughalterung 30 angehoben und die X- und Y-Motore bringen den Maschinentisch 17 wieder in die Ausgangsposition zurück, wodurch die Werkzeugaufnahmestation 60" unter die Werkzeughalterung zu liegen kommt, so daß das nächste Werkzeug aufgenommen werden kann. Wegen der gekrümmten Form des Randes 65 wird die Spindelbewegung längs der Z-Achse während des Lösens und der Aufnahme von Werkzeugen minimal gehalten, weil der offene Abschnitt des Randes bzw. des Joches 99 eine Eingangsöffnung für die Werkzeuge bildet. Dies ist besonders von Vorteil, wenn lange Werkzeuge verwendet werden.

Es wird betont, daß der Revolverkopf nur einen kleinen Teil des nutzbaren Platzes des Maschinentisches benötigt, da es nur erforderlich ist, daß zwei

Werkzeugstationen innerhalb des Bereiches der Werkzeugmaschine liegen. Der rückwärtige Teil des Revolverkopfes kann deshalb am äußersten Ende des Maschinentisches liegen, der für die Spindel der Werkzeugmaschine nicht erreichbar ist.

Nachfolgend wird der Betrieb der Werkzeugwechselvorrichtung beschrieben. Wenn ein Werkzeugwechsel erforderlich ist, wird durch die numerische Steuerung der Maschine der Motor 76 betätigt, um die Abdeckung 72 zu öffnen, und es werden die X- und Y-Motore eingeschaltet, um die Werkzeugaufnahmestation 60" unterhalb der Spindel 8 zu positionieren. Der Revolverkopf wird dann eingestellt, um den Werkzeuglösemechanismus 100 benachbart zur Spindel 8 zu positionieren. Die Höhe der Spindel 8 und der Werkzeughalterung 30 relativ zum Tisch erlaubt es der Mutter 19 der Werkzeughalterung in Eingriff mit der Klaue 112 zu treten, wenn die Werkzeugwechselvorrichtung zur Spindel 8 bewegt wird. Die vertikale Position der Spindel 8 gibt dem Werkzeugadapter etwa 6,5 mm, um in seine Werkzeugstation zu fallen.

Vor dem Eingriff mit der Werkzeughalterung drückt die Feder 121 die Klaue 112 radial nach außen und im Umfangsrichtung gegen den Stift 111. Beim Eingriff mit der Werkzeughalterung drückt die Feder 121 den Finger 116 der Klaue in Eingriff mit dem ersten Schlitz 21 der Arretiermutter,welcher diesen erfaßt, wenn die Spindel 8 die Werkzeughalterung 30 dreht. Wenn ein solcher Schlitz 21 nicht mit dem Finger 116 ausgerichtet ist, wird die Klinke radial einwärts in Richtung zur Mitte des Revolverkopfes gestoßen. Die Federanordnung 120 fährt jedoch fort, die Klinke 112 gegen die Mutter anzudrücken. Gleichzeitig, wenn der Lösemechanismus angrenzend an die Spindel 8 positioniert ist, tritt der Nocken in Eingriff mit dem Nockenfolger oder Finger 140 (Fig. 8) und biegt die Blattfeder 138, wenn der Finger 140 auf einen Nocken am Nockenring 150 trifft. Die Blattfeder 138 wird vom Nocken relativ zur Stütze 136 weggeschwenkt, ohne den beweglichen Anschlag 132 zu schwenken. Wenn sich die Spindel 8 langsam dreht, tritt der Finger 140 in den nächsten Schlitz im Nockenring 150 ein, und er ist bereit zum Eingriff mit der nächsten Nockenfläche.

Nachdem der Finger 116 der Klaue einen Schlitz 21 der Arretiermutter erfaßt

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hat, wird bei einer fortgesetzten Spindel drehung die Hülse 31 der Werkzeughalterung relativ zur Mutter 19 gedreht. Wenn die Mutter 19 fest angezogen ist, wird die Klinke 112 weg vom Stift 111 geschwenkt und in Eingriff mit der Flache 134 des Anschlags 132 gebracht. Der Anschlag 132 blockiert daher die Drehung der Klinke 112, die ihrerseits die Drehung der Arretiermutter blockiert. Das erforderliche Anfangsdrehmoment zum Lösen der Mutter 19 von ■■ > der Hülse 31 kann etwa 2mkp erreichen oder übersteigen. Das Drehmoment ist eine Folge der Reibung zwischen den Gewindegängen der Mutter 19 und der Hülse 31, sowie der Reibung zwischen den Nasen 14 des Adapters und den entsprechenden Flächen der Arretiermutter. Nachdem die Mutter 19 gelöst ist, wird durch die Feder 121 die Klinke gegen den Stift 111 geschwenkt, wodurch der bewegliche Anschlag 132 zur Drehung freigegeben wird.

Die automatisch schließende Feder der Werkzeughalterung 30 wird zusammengedrückt, wenn die Spindel ihre Drehung fortsetzt, nachdem die Mutter 19 von der. Hülse 31 gelöst bzw. gelockert worden ist. Zum Zusammendrücken der Feder · ist ein Drehmoment von etwa 0,1-0,2 mkp erforderlich, welches nicht ausreicht, die Kraft der Feder 121 zu überwinden. Nockenflächen 25' an der Mutter erfassen die Oberseite der Nasen 14 des Adapters, um,diesen auszuwerfen, wenn die Mutter sich zwischen etwa 45°und 60° relativ zur Hülse 31 gedreht hat. Das erforderliche Drehmoment für die Auswerfung kann etwa 0,8mkp erreichen.

Die Spindel 8 dreht den Nockenring 150 in Eingriff mit dem Nockenfolger oder Finger 140, wenn sich die Mutter 19 dreht. Das Werkzeug wird dadurch ausgeworfen und fällt in seine Werkzeugstation. Nach dem Eingriff von Nocken und Nockenfolger wird durch eine weitere Drehung der Spindel 8 die Stütze 130 und der bewegliche Anschlag 132 (der von der Klinke gelöst worden ist) in Uhrzeigerrichtung um den Zapfen 133 gegen die Kraft aer Feder 142 geschwenkt. Die Fläche 134 des beweglichen Anschlages ist nicht in der Lage, die Klaue nach einer geringen Drehung zu erfassen.

Kurz darauf erfaßt die Mutter 19 den Anschlag 37 der Hülse 31. Bei fortgesetzter Drehung der Spindel 8 wird die Mutter 19 gedreht, die ihrerseits die Klinke 112 um den Stift 113 schwenkt. Der Finger 116 der Klinke wird schließlich aus dem Schlitz 21 herausgedrückt. Eine weitere Drehung der

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Spindel 8 führt zu einer harmlosen Drehung der Werkzeughalterung, wobei der Finger 116 um die Arretiermutter auf deren glatter Oberfläche 19' gleitet, ohne in einen Schlitz 21 der Mutter eingreifen zu können.

Danach bewegen die X- und Y-Motore die Werkzeughalterung 30 aus dem Bereich der Klinke heraus und die Spindel 8 wird längs der Z-Achse angehoben, um den Werkzeug-Adapter 11 freizumachen. Die X- und Y-Motore bewegen den Maschinentisch 17, um die Werkzeugaufnahmestation 60" unterhalb der Spindel 8 zu positionieren. Die Werkzeughalterung 30 wird durch den Z-Achsenmotor um etwa 6,5 cm unter die Lose-Höhe abgesenkt. In den meisten Fällen werden die Nasen 14 des Adapters nicht mit den Schlitzen 25 der Mutter und den Schlitzen 24 der Hülse ausgerichtet sein, die ihrerseits ausgerichtet sind, weil sich die Mutter 19 in ihrer offenen Position befindet. Der Adapter 11 wird daher um etwa 12,5 mm nach unten gestoßen, wodurch die Werkzeugstation 60 auf ihren Bolzen 61 abwärtsgedrückt und die Federn 62 zusammengedrückt werden.

Die Spindel 8 wird dann langsam in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht..Die Gleitreibungskräfte zwischen dem Rand 65' und der Unterseite 15' des Ringes übersteigen die Reibung zwischen der oberen Fläche der Nasen 14 und der Werkzeughalterung 30 und verhindern damit eine relative Drehung des Adapters und der Werkzeugstation 60. Vor einer 180°-Drehung der Spindel sind die Nasen 14 mit den Schlitzen 25 und 24 ausgerichtet und der Adapter 11 wird nach oben in die Werkzeughalterung 30 durch die Federn 62 gestoßen. Eine der Nasen 14 gelangt in Eingriff mit dem Stift 27, wodurch die Klinke 26 gelöst wird, so daß die Druckfeder die Mutter in Uhrzeigerrichtung relativ zur Hülse 31 drehen kann, wodurch der Adapter 11 in der Werkzeughalterung und an der Spindel gehalten bzw. arretiert wird.

Entsprechend der Einstellung der Werkzeugwechselvorrichtung wird der Maschinentisch durch die X- und Y-Motore auf einer Bahn bewegt, welche die Werkzeugaufnahmestation 60 in die frühere Position der Werkzeuglösestation bringt, wodurch sie zur Werkzeuglösestation während der nächsten Werkzeugwechsel-FoIge wird. Danach positionieren die X- und Y-Motore das Werkstück 18 unter dem neuen Werkzeug, während die numerische Steuerung den Wechselstrom-Motor ansteuert, um die Abdeckung 72 für das Werkzeugmagazin zu schließen.

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Claims

Dana Corp. A 14 672

Patentansprüche

Vorrichtung zum automatischen Wechseln von Werkzeugen in einer Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch eine Werkzeughalterung (30) mit einer Hülse (31) und einer Mutter (19), die relativ zur Hülse (31) drehbar ist, einer Klaue (112), um selektiv die Mutter (19) gegen eine Drehung relativ zur Hülse (31) zu halten, sowie Einrichtungen, um selektiv die Klaue (112) in Eingriff mit der Mutter (19) während der Drehung der Hülse (31) zu halten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum selektiven Halten der Klaue einen beweglichen Anschlag aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Lösen des beweglichen Anschlags aus dem Eingriff mit der Klaue.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Lösen des beweglichen Anschlags einen Nocken an der Werkzeughalterung aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (150) an der Hülse (31) befestigt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Nockenfolger (140), der an dem beweglichen Anschlag (130) angebracht ist zum Eingriff mit dem Nocken, um den beweglichen Anschlag aus einer Sperrposition relativ zu der Klaue (112) zu schwenken.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken ein vier-flügeliger Nocken ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenfolger (140) aus einer Blattfeder (138) besteht, die eine flexible Spitze zum Eingriff mit dem Nocken aufweist, und daß eine Strebe (136) zur Ab-

Stützung der Blattfeder(138) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Feder, die den Nockenfolger in Eingriff mit dem Nocken vorspannt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klaue (112) relativ zu ihrer Drehachse drehbar und radial bewegbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Klaue (112) in Richtung zur Mutter (19) durch eine Feder (121) vorgespannt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Feder (121) die Klaue (112) weg von dem beweglichen Anschlag (130) beaufschlagt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Anschlag (130) schwenkbar angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Begrenzen der Drehung der Mutter (19) relativ zur Hülse (31), und daß durch eine fortgesetzte Drehung der Hülse (31) die Feder (121) spannbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Feder (121) die Klaue (112) gegen die Drehung der Werkzeughalterung (30) beaufschlagbar ist, wenn die Klaue in Eingriff mit der Werkzeughalterung steht.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Feder (121) die Klaue (112) und der bewegliche Anschlag (130) selektiv ausrückbar sind, wodurch der bewegliche Anschlag frei drehbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Werkzeugmagazin mit einer Grundplatte und einem Revolverkopf (56), der relativ zur Grundplatte drehbar ist und der eine Mehrzahl von Werkzeugstationen

! aufweist, daß ferner die Klaue (112) an der Grundplatte (102) des Werkzeugmagazins angeordnet ist, und daß der Revolverkopf (56) drehbar ist, um jede der Werkzeugstationen angrenzend an die Klaue zu positionieren.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin Verrastungseinrichtungen hat zum Ausrichten von wenigstens einer der Werkzeugstationen mit der Klaue.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Werkzeugmagazin, ; welches Einrichtungen zur Halterung auf einem Maschinentisch aufweist, der in einer X-Y-Ebene bewegbar ist, einem Revolverkopf mit einer Mehrzahl von Werkzeugstationen, welcher um eine zur X-Y-Ebene senkrechte Z-Achse drehbar ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Abdeckung zum Schutz des Revolverkopfes (56), wobei die Abdeckung (70) mit äner Tür (71) versehen ist, und daß das Werkzeugmagazin Einrichtungen aufweist, um selektiv die Tür zu öffnen, um wenigstens zwei der Werkzeugstationen freizugeben.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum öffnen der Tür einen Wechselstrom-Motor (76) aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spindel zum Halten eines Werkzeuges, X-Achsen und Y-Achsen-Motore zum Positionieren eines Werkstückes relativ zu dem Werkzeug, einen Revolverkopf mit einer Mehrzahl von Werkzeugstationen, ferner dadurch, daß der Revolverkopf durch die X-Achsen und Y-Achsen-Motore drehbar ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Werkzeugmagazin mit einer Grundplatte und einem Revolverkopf, der drehbar auf der Grundplatte montiert ist und eine Mehrzahl von Werkzeugstationen aufweist, ferner durch an der Grundplatte angebrachte Einrichtungen, um automatisch ein Werkzeug von der Maschinenspindel relativ zu jeder der Werkzeugstationen zu lösen.
24. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Werkzeugmagazin mit wenigstens einer Werkzeugstation zur Aufnahme eines Werkzeuges, das in einem Werkzeug-Adapter gehalten ist, der in eine Werkzeughalterung lösbar einsetzbar ist, und daß die Werkzeugstation Einrichtungen zur Aufnahme des Werkzeuges aufweist, welche eine Kupp!ungsflache haben, um das Werkzeug während der Drehung der Werkzeughalterung durch Reibung zu erfassen.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Grundplatte und Einrichtungen für eine relative Bewegung in einer ersten Richtung zwischei der Grundplatte und der Kupplungsfläche.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsfläche relativ zur Grundplatte in einer zweiten Richtung beweglich ist, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung liegt.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsfläche (65) auf dem Revolverkopf (56) angeordnet ist, daß eine weitere Werkzeugstation vorgesehen ist , mit einer anderen Kupplungsfläche zur Aufnahme von Werkzeugen, die an dem Revolverkopf (56) montiert ist, und daß die andere Kupplungsfläche (65) unabhängig relativ zu der erstgenannten Kupplungsfläche (65) montiert ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsfläche (65) bogenförmig ausgebildet ist und sich über einen Umfangswinkel von weniger als 360° erstreckt.
29. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Werkzeughalterung mit Einrichtungen, um einen Werkzeug-Adapter (11) fest zu erfassen, Einrichtungen, um ein Werkzeug fest zu erfassen, sowie einen Nocken für selektiven Eingriff mit dem Revolverkopf.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erfassen des Adapters (11) eine Gewindemutter (19) aufweisen, welche einen axial verlaufenden Schlitz (21) zum Eingriff mit dem Revolverkopf aufweist.

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31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Gewindemutter (19) eine Mehrzahl von in Abständen am Umfang ausgebildeten, axial verlaufenden Schlitzen (21) aufweist, und daß die Mutter (19) eine glatte äußere Umfangsflache zwischen den Schlitzen (21) besitzt.
32. Vorrichtung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch einen Werkzeug-Adapter (11), der mit einem Ring (15) zur Halterung im Werkzeugmagazin versehen ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (15) eine radiale Oberfläche (15¹) aufweist zum Reibungseingriff mit einer entsprechenden Fläche am Werkzeugmagazin.
34. Verfahren zum selektiven Drehen des Revolverkopfes einer Werkzeugmaschine, wobei der Revolverkopf eine Mehrzahl von Werkzeugstationen aufweist und die Werkzeugmaschine eine Spindel zum Einspannen eines Werkzeuges besitzt, sowie X-Achsen und Y-Achsen-Motore zum Positionieren eines Werkstückes relativ zum Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß der Revolverkopf durch die X-Achsen und Y-Achsen-Motore in eine Position gebracht wird, in welcher eine der Werkzeugstationen an das Werkzeug angrenzt, daß die Werkzeugstation zum Eingriff mit dem Werkzeug gebracht wird, und daß der Revolverkopf durch die Motore relativ zum Werkzeug bewegt wird.

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