DE3330442A1

DE3330442A1 - Verfahren und vorrichtung zum automatischen werkzeugwechsel an einer mehrspindel-werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3330442A1
Application number: DE19833330442
Authority: DE
Inventors: Masayuki Fukuoka; Satoshi Tokio/Tokyo Matsumoto
Original assignee: SAKAZAKI TEKKO KK
Current assignee: SAKAZAKI TEKKO KK
Priority date: 1983-06-09
Filing date: 1983-08-20
Publication date: 1984-12-13
Also published as: JPS59227344A; JPS6227940B2; US4571813A

Description

Sakazaki Tekko Kabushiki Kaisha, 1-20-3, Ebisu-Minami, Shibuya- Ku, Tokyo- Japan

Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel an einer Mehrspindel- Werkzeugmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel an einer Mehrspindel- Werkzeugmaschine gemäss der Gattung des Patentanspruches 1.

Es sind verschiedene wirksame Verfahren und Vorrichtungen zum automatischen Werkzeugwechsel für Einspindel- Werkzeugmaschinen vorgeschlagen worden, welche einen automatischen Werkzeugwechsel leicht und wirksam durchführen können, weil die Werkzeuge eins nach dem anderen in der Einspindel-Werkzeugmaschine auszuwechseln sind.

3330U2

Es ist jedoch bisher noch kein wirksames Verfahren und keine wirksame Vorrichtung zur Ausführung eines automatischen Werkzeugwechsela an einer Mehrspindel- Werkzeugmaschine bekannt, insbesondere nicht für Werkzeugmaschinen mit vier oder mehr Spindeln. Ein automatischer Werkzeugwechsel an einer Mehrspindel- Werkzeugmaschine wird bisher derart ausgeführt, dass eine Vielzahl von automatischen Werkzeugwechselvorrichtungen für eine Einspindel- Werkzeugmaschine für die verschiedenen Spindeln der Mehrspindel- Werkzeugmaschinen verwendet werden, oder es wird ein Werkzeugmagazin, das zur Durchführung des Werkzeugwechsels zwischen dem Werkzeugmagazin und den Spindeln bewegt wird, dann verwendet, wenn die Anzahl der Werkzeuge so gering ist wie zwei oder drei.

Jedoch hat das erstgenannte Verfahren, bei welchem eine Vielzahl von automatischen Werkzeugwechselvorrichtungen für eine Einspindel- Werkzeugmaschine verwendet wird , den Nachteil, dass es schwierig ist, mehr als zwei Werkzeugwechselvorrichtungen an einer Werkzeugmaschine zu montiaren. Dies ist auf Schwierigkeiten hinsichtlich des Montageraumes und auf störende Beeinflussung unter den Werkzeugwechselvorrichtungen zurückzuführen. Es kann nicht erwartet werden, dass die Zeit, die für einen Werkzeugwechsel notwendig ist, hierdurch bedeutsam verringert werden kann. Das letztgenannte Verfahren, bei welchem Werkzeuge zwischen den Spindeln und

dem Werkzeugmagazin gewechselt werden, hat den Nachteil, dass die Ausbildung der Werkzeugmaschine stark eingeschränkt ist durch das Werkzeugmagazin, welches relativ zu den Spindeln .bewegt werden muss, und es ist schwierig, eine solche Werkzeugwechselvorrichtung bei einer Werkzeugmaschine mit vier oder mehr Spindeln anzuordnen.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel an einer Mehrspindel- Werkzeugmaschine zu schaffen, welches den Werkzeugwechsel für alle Spindeln der Mehrspindel-Werkzeugmaschine gleichzeitig ausführen kann, um die für den Werkzeugwechsel erforderliche Zeit zu vermindern, und welche den automatischen Werkzeugwechsel leicht und sicher unter Verwendung einer vereinfachten Vorrichtung durchführen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird es möglich, den Werkzeugwechsel für eine Vielzahl von Spindeln gleichzeitig durchzuführen, insbesondere für eine Werkzeugmaschine mit vier oder mehr Spindeln. Der Werkzeugwechsel für alle Spindeln der Spindel- Werkzeugmaschine wird gleichzeitig und sicher durch die automatische Werkzeugwechselvorrichtung gemäss der Erfindung durchgeführt, welche einfach in ihrem Aufbau ist. Somit können das Verfahren und die Vorrichtung vorliegender Erfindung die für

den Werkzeugwechsel erforderliche Zeit im Vergleich mit konventionellen Werkzeugwechselverfahren und - vorrichtungen für Mehrspindel- Werkzeugmaschinen vermindern. Diese Wirkung ist insbesondere beachtlich, da das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung an einer Werkzeugmaschine mit vier oder mehr Spindeln ausführbar sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Mehrspindel-Werkzeugmaschine,

Fig. 2 eine Vorderansicht,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Werkzeugwechsels,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung, welche das Ab-■- " Standsverhältnis zwischen den Spindeln und

den Werkzeugmagazinen zeigt„und

Fig. 5 eine perpektivische Prinzipdarstellung der Arbeitsfolgen des Werkzeugwechselarmes.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Draufsicht bzw. eine Vorderansicht einer Mehrspindel- Werkzeugmaschine mit einem Werk-

zeugmaschinengehäuse 10, zx^ei Werkzeugwechseleinrichtungen und zwei Werkzeugmagazinen 30.

Das Gehäuse 10 der Werkzeugmaschine umfasst einen Maschinenschlitten 12, der in Richtung der Y-Achse auf einem Maschinenbett 11 gleitet/ einen Maschinentisch 13, der in Richtung der X-Achse auf dem Maschinenschlitten 12 gleitet, einen Spindelkasten 15, der vor einer Maschinensäule 14 angeordnet ist und in Richtung der Z- Achse auf- und abbewegbar ist, und vier Spindeln 16 ( 16a, 1 6b, 16c, 16d)_# die unterhalb des Spindelkastens 15 und in gleichen Abständen voneinander in Richtung der X-Achse angeordnet sind.

Die beiden Werkzeugwechseleinrichtungen 20 sind an den Seitenteilen des Spindelkastens 15 angeordnet und umfassen Werkzeugwechselarme 21, Werkzeuggreifer 22 ( 22a,22b,bzw. 22c,22d), welche in einer Reihe auf jedem der beiden Werkzeugwechselarme 21 angeordnet sind und welche den gleichen Abstand voneinander haben, wie die Spindeln 16,und welche zum öffnen und Schliessen durch nicht dargestellte erste Antriebselemente betätigt werden; die Werkzeugwechseleinrichtungen 20 umfassen ferner zweite Antriebselemente 23 zum Antrieb der Werkzeugwechselarme 21 ( Fig. 3) und dritte Antriebselemente 24 zur Drehbewegung der Werkzeugwechselarme 21 um 90°, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die ersten, 'nicht dargestellten Antriebselemente sind innerhalb eines jeden der Werkzeugwechselarme 21 angeordnet. Die zweiten und

dritten Antriebselemente 23 bzw ^ 24 sind innerhalb des Spindelkastens 15 angeordnet. Diese Antriebselemente 23, 24 können im wesentlichen denjenigen Antriebselementen entsprechen, die bei herkömmlichen automatischen Werkzeugwechselvorrichtungen für Einspindel- Werkzeugmaschinen verwendet werden. Beispielsweise können die Werkzeuggreifer 22 durch Pneumatikzylinder betätigt werden und in geschlossenem Zustand ein Werkzeug fassen oder im offenen Zustand das Werkzeug loslassen.

In der oben beschriebenen Anordnung , in welcher der Werkzeugwechselarm 21 der rechten Werkzeugwechseleinrichtung gemäss Figuren 1 und 2 in eine Lage unterhalb des Spindelkastens 15 gebracht ist, in welcher der Werkzeugwechsel zwischen den Spindeln 16a und 16b und dem rechten Werkzeugwechselarm 21 ausgeführt wird, stimmen die Achsen der entsprechenden Werkzeuggreifer 22a,22b mit den Achsen der entsprechenden Spindeln 16a,16b überein. Wenn der Werkzeugwechselarm 21 der linken Werkzeugwechseleinrichtung 20 in eine Lage unterhalb des Spindelkastens 15 gebracht ist, in welcher der Werkzeugwechsel zwischen den Spindeln 16c, 'I6d und dem linken Werkzeugwechselarm 21 ausgeführt wird , sind die Achsen der Werkzeuggreifer 22c,22d entsprechend koaxial mit den Spindel 16c,16d. Die ersten bis dritten Antriebselemente 23,24 für die rechten und linken Werkzeugwechseleinrichtungen 20 sind derart ausgebildet, dass

diese durch gemeinsame Signale zu den rechten und linken Werkzeugwechseleinrichtungen betätigt werden, so dass die rechten und linken Werkzeugwechseleinrichtungen 20 synchron miteinander betätigt werden.

Die Werkzeugmagazine 30 sind auf den entgegengesetzten Seiten des Werkzeugmaschinengehäuses 10 angebracht und mit einer Vielzahl von Werkzeugaufnahmen 31 zur Aufnahme von Werkzeugen T darin versehen. Die Werkzeugaufnahmen 31 sind in Reihe auf jedem der Werkzeugmagazine 30 angeordnet. Die Werkzeugaufnahmen 31 haben vorherbestimmte Abstandsverhältnisse mit den Abständen zwischen den Spindeln 16. So ist der Abstand zwischen den Spindeln 16 ein Mehrfaches des Zwischenraumes zwischen den Werkzeugaufnahmen 31. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen den Spindeln 16 doppelt so gross wie der Abstand zwischen den Werkstückaufnahmen 31. Die Werkstückaufnahmen 31 sind auf einer bekannten Trommel oder Kette des Werkzeugmagazines 30 angebracht und an getrennten Positionen angeordnet, um so an Positionen zum Werkzeugwechsel zwischen dem Magazin 30 und dem Werkzeugwechselarm 21 anordenbar zu sein. Wenn die Werkzeugaufnahmen 31 an ihren Werkzeugwechselpositionen befindlich oder zugänglich sind, stimmen die Achsen der beiden Werkzeugaufnahmen 31, welche hinter oder vor der voraus laufenden oder nachfolgenden Werkzeugaufnahme positioniert sin mit den Achsen der Greif elemente 22 des Werkzeugwechselarms;·

überein, welcher um 90° aus der Position unter dem Spindelkasten geschwenkt worden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Paar von Werkzeugen T. ; T₁ , T₃₀, T₂O' ^von denen jedes Paar die gleiche Art von Werkzeugen darstellt, in Werkzeugaufnahmen 31 gelagert, welche die beiden zwischen den Werkzeugaufnahmen 31 liegende Zwischen- Werkzeugaufnahme überspringen. Mit dieser Anordnung können die Abstände zwischen den Werkzeugaufnahmen 31 auf der Trommel oder Kette kleiner gemacht werden als der Abstand zwischen den Greifern 22 auf den Werkzeugwechselarm 21, so dass die Anzahl der Werkzeuge, welche in dem Werkzeugmagazin 30 gelagert werden können, erheblich gesteigert werden kann.

Das Verfahren zum automatischen Werkzeugwechsel an einer Mehrspindel- Werkzeugmaschine der dargestellten Art wird nun anhand der Figuren 4 und 5 beschrieben.

Während einer Arbeitsoperation ist der Werkzeugwechselarm in einer Stand by - Position unter dem Spindelkasten, in welcher er keine Störung mit der Drehbewegung der Spindeln 16 bewirkt, wobei die Werkzeuggreifer 22 geöffnet sind und die Achsen der entsprechenden Werkzeuggreifer 22 koaxial sind mit den Achsen der entsprechenden Spindeln 16. Sobald die Bearbeitungsoperation fertiggestellt ist, werden die Werkzeuggreifer 22a,22b; 22c,22d gleichzeitig geschlossen, um die Werkzeuge zu greifen, z.B. T., welche an den Spindeln 16a, 16b, ¹ 16c,16d angebracht sind ( Fig. 5 Pfeil A). Die nicht darge-

stellte Werkzeugbefestigung, die innerhalb der entsprechenden Spindeln 16 angeordnet ist, werden dann gelöst und die rechten und linken Werkzeugwechselarme 21 werden abgesenkt/ um die gebrauchten Werkzeuge T₁ aus den Spindeln herauszuziehen oder zu entfernen ( Fig.5,PfeilB) . Die Werkzeugwechselarme 21 werden gleichzeitig um 90° in Positionen gedreht, in welchen der Werkzeugwechsel zwischen den Werkzeugwechselarmen 21 und den entsprechenden Werkzeugmagazinen 30 ausgeführt wird (Fig. 5, Pfeil C) und dann aufwärts bewegt, um die gebrauchten Werkzeuge T gleichzeitig in leere Werkzeugaufnahmen 31 der Werkzeugmagazine 30 zurückzubringen, welche vorher an die Positionen zum Werkzeugwechsel zwischen den Werkzeugaufnahmen 31 und den Werkzeuggreifern 22 gebracht worden sind ( Fig.5_# Pfeil D). Sobald die gebrauchten Werkzeuge T₁ in den Werkzeugaufnahmen 31 aufgenommen sind, werden die Werkzeuggreifer 22a,22b und 22c ,22d geöffnet ( Fig.5,PfeilE) und die Werkzeugwechselarme 21 werden zu den Spindeln 16 verschwenkt, um von den zu den entsprechenden Werkzeugmagazinen 30 benachbarten Positionen weggeführt zu werden, um so nicht bei einer Betätigung zur Indexierung der Werkzeugaufnahmen 31 zu stören, welche die nun zu benutzenden Werkzeuge tragen ( Fig. 5_; Pfeil F). Sobald die Werkzeugwechselarme 21 zurückgezogen sind indexiert das Werkzeugmagazin 30 die neuen Werkzeuge, d.h., eine andere Art von Werkzeugen, z.B. T _ in die Werkzeugwechselpositionen ( Fig. 5,Pfeil G). Nach der Indexierungsbetätigung werden die Werkzeugwechselarme 21 wieder zurückge-■schwenkt von der zurückgezogenen Position in die Positionen zum Werkzeugwechsel mit den Werkzeugmagazinen 30 (Fig. 5

Pfeil H) und die Werkzeuggreifer 22 werden geschlossen, um die Werkzeuge T_iq festzuhalten ( Fig. SjPfeil I). Die Werkzeugwechselarme 21 mit den daran gehaltenen Werkzeugen Tg werden abgesenkt, um die Werkzeuge T_1q gleichzeitig aus den Werkzeugaufnahmen 31 herauszuziehen oder zu entfernen ( Fig. 5,Pfeil J), um 90° zu den Spindeln 16 geschwenkt (Fig. 5 Pfeil, K) und dann aufwärts bewegt, um die Werkzeuge T _1Q gleichzeitig in die Spindeln 16a,16b,16c,16d einzuführen ( Fig. 5 Pfeil L). Die Werkzeuge T „ werden dann innerhalb der entsprechenden Spindeln 16a,16b,16c und 16d festgelegt und die Werkzeuggreifer 22a, 22b,22c,22d werden geöffnet, um die Werkzeugwechselvorgänge zu beenden ( Fig. Pfeil M).

Das Verfahren zum automatischen Werkzeugwechsel an einer Mehrspindel-Werkzeugmaschine und die Vorrichtung hierzu gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel können den Werkzeugwechsel für die vier Spindeln 16a,16b,16c,16d gleichzeitig durch gleichzeitige Betätigung der beiden W-erkzeugwechselarme durchführen, von denen jeder die Greifelemente 22a,22b,22c,22d aufweist, welche in einem bestimmten Abstandsverhältnis zueinander entsprechend dem Abstandsverhältnis zwischen den Spindeln 16a,16b,16c,16d angeordnet

sind. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Werkzeugwechsel durch eine einfache Betätigung der Werkzeugwechselarme 21 durchgeführt, d.h. durch eine Drehbewegung der Werkzeug-

wechselarme 21 um 90° zwischen den Spindeln 16a_f16b,16c, 16d und den Werkzeugmagazinen 30 und durch Auf- und Abbewegungen der Werkzeugwechselarme 21 .

Wenn die Anzahl der Spindeln 16 z.B. sechs anstelle von vier beträgt, wird jeder der Werkzeugwechselarme 21 mit drei Werkzeuggreifern 22 versehen. Wenn die Anzahl der Spindeln 16 drei oder zwei ist, genügt ein Werkzeugwechselarm 21 mit drei oder zwei Werkzeuggreifern 22. FoTglich kann die Anzahl oder Struktur der Werkzeugwechselarme 21, der Werkzeugmagazine 30 oder der Werkzeuggreifer 22 geeignet an die Anzahl der Spindeln 16 der Werkzeugmaschine angepasst werden.

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1.1 Verfahren zum automatischen Werkzeugwechsel an einer Mehrspindel- Werkzeugmaschine mit einem Bearbeitungszentrum aus einem Spindelkasten mit mindestens zwei Spindeln, die mit einem vorherbestimmten Abstandverhältnis zueinander angeordnet sind, und aus mindestens einem, benachbart zum Spindelkasten angeordneten Werkzeugmagazin mit Werkzeugaufnahmen , welche,· mit einem dem Abstandsverhältnis zwischen den Spindeln entsprechenden Abstandsverhältnis zueinander angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Arbeitsschritt die an den entsprechenden Spindeln ( 16a ....16d) befindlichen gebrauchten Werkzeuge gleichzeitig von Werkzeuggreifern ( 22a ... 22d) ergriffen werden, um die Werkzeuge von den Spindeln ( 16a ...16d) zu

entnehmen, wobei die Werkzeuggreifer (22a„..22d) an wenigstens einem Werkzeugwechselarm ( 21) in einem Abstandsverhältnis zueinander angebracht sind, das dem Abstandsverhältnis der Spindeln (16a ...16d) zueinander entspricht, dass in einem zweiten Arbeitsschritt der Werkseugwechselarm (21) in eine Lags sum Ausführen dss Werlsseugweehsels zwischen dem Werkzeugmagazin (30) und dem Werkzeugwechselarm (21) geschwenkt wird, um die gebrauchten Werkzeuge gleichzeitig zu leeren Werkzeugaufnahmen (31) des Werkzeugmagazins (30) zurückzubringen,

dass in einem dritten Arbeitsschritt das Werkzeugmagazin (30) bewegt wird, bis neue, in die Spindeln (16a...16d) einzusetzende Werkzeuge in eine Lage gebracht sind, in welcher die Werkzeugzulieferung zu dem Werkzeugwechselarm (21) ausgeführt werden kann,

dass in einem vierten Arbeitsschritt die neuen Werkzeuge gleichzeitig durch die Werkzeuggreifer (22) des Werkzeugwechselarmes (21) ergriffen werden, um diese von den Werkzeugaufnahmen (31), in welchen diese vorrätig gelagert •würden, abzunehmen,

und dass in einem fünften Arbeitsschritt der Werkzeugwechselarm (21) bis zu den Spindeln (16a...16d) geschwenkt wird, um die neuen Werkzeuge gleichzeitig in die Spindeln (16a...16d) einzusetzen.

"2. Vorrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel an einer

Mehrspindel- Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Werkzeugwechselarm (21) in dem Abstandsverhältnis zwischen den Spindeln (16a...16d) entsprechenden Positionen angeordnete Werkzeuggreifer (22) aufweist und dass der Werkzeugwechselarm (21) derart angeordnet ist, dass dieser gleichzeitig Werkzeuge von den Spindeln (16a... 16d) abnehmen oder an diese abgeben kann und ferner gleichzeitig Werkzeuge gleichzeitig von den Werkzeugaufnahmen (31) des Werkzeugmagazines (30) entnehmen oder an dieses abgeben kann, wobei der Werkzeugwechselarm (31) zwischen den Spindeln (16) und dem Werkzeugmagazin (30) bewegt werden kann, um die Werkzeuge zwischen diesen auszuwechseln.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vier Spindeln (16a...16d) am Spindelkasten (15) angeordnet sind und ferner zwei, jeweils mit zwei Werkzeuggreifern (22) versehene Werkzeugwechselarme (21) vorgesehen sind, wobei die beiden Werkzeugwechselarme (21) und die Werkzeuggreifer ■(22 ) an den Werkzeugwechselarmen (21) zur gleichzeitigen Betätigung ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Spindeln (16a...16d) ein Mehrfaches des Abstandes zwischen den Werkzeugaufnahmen (31) des ■Werkzeugmagazines (30) beträgt.