DE3486298T2

DE3486298T2 - Kupplung für Werkzeugwechselvorrichtung.

Info

Publication number: DE3486298T2
Application number: DE3486298T
Authority: DE
Inventors: David Roberts Mcmurtry
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 1983-11-15
Filing date: 1984-11-14
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2004-11-15
Also published as: EP0142373B1; WO1985002138A1; DE3486298D1; US4651405A; DE3480063D1; EP0142373A2; EP0142373B2; GB8330412D0; EP0142373A3; JPS61501379A; JPH08339B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechselvorrichtung zur Verwendung z. B. beim Wechseln der Meßwerkzeuge bei Koordinaten-Meßmaschinen oder beim Wechseln von Schneidwerkzeugen bei Werkzeugmaschinen.
GB-PS 1 599 751 (DEA) zeigt eine Werkzeugwechselvorrichtung, die einen bewegbaren Kopf und ein auswechselbares Werkzeug umfaßt. Die Kupplung zwischen dem Kopf und dem Werkzeug umfaßt erste Stützflächen, die an dem Kopf an einer Ebene quer zur Kopfachse angeordnet sind, und zweite Stützflächen, die an dem Werkzeug angeordnet und mit den ersten Stützflächen in Eingriff bringbar sind, wobei die ersten und zweiten Stützflächen ausgelegt sind, eine kinematische Stütze zu bestimmen. Die Kupplung umfaßt weiter ein erstes, an dem Kopf vorgesehenes Kupplungselement und ein zweites, an dem Werkzeug vorgesehenes Kupplungselement. Das Kupplungselement an dem Kopf ist zur Drehbewegung zwischen Eingriffspositionen mit oder Lösepositionen von dem anderen Kupplungselement abgestützt, um dadurch jeweils das Werkzeug an dem Kopf sicher zu befestigen oder es davon zu lösen. Die Drehbewegung ist so ausgelegt, daß dem Werkzeug eine Kraft in Richtung der Achse mitgeteilt wird, um dadurch einen Eingriff zwischen den ersten und den zweiten Stützflächen einzurichten.
Bei diesem bekannten Gerät ist das bewegbare Kupplungselement an einem handbetätigbaren Griff vorgesehen und muß in das andere Kupplungselement durch Bewegen des Griffs mit einer komplizierten Radialbewegung bezüglich der Kopfachse eingesetzt werden. So enthält das Kuppeln des Werkzeugs mit dem Kopf das Zusammenbringen des Werkzeugs mit dem Kopf in Radialrichtung, gefolgt von diesem radialen Einsetzen des Griffs, gefolgt von einer Drehung des Griffs, um den Eingriff der Kupplungselemente herbeizuführen und dadurch die Kraft auf das Werkzeug auszuüben, um den Eingriff zwischen der ersten und der zweiten Stützfläche einzurichten. Das ist ein komplizierte Abfolge von Betätigungsvorgängen, die schwierig automatisch durchzuführen ist.
Bei der vorliegenden Erfindung können Kupplungselemente gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 durch eine Axialbewegung ineinander eingesetzt werden, was viel leichter automatisch einzurichten ist.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun mit bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in welcher zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Teils einer Koordinaten-Meßmaschine,
Fig. 2 eine Draufsicht auf Fig. 1,
Fig. 3 eine aufgeschnittene und vergrößerte Einzelheit der Fig. 1,
Fig. 4 eine Schnittansicht nach der Linie IV-IV in Fig. 3, und
Fig. 5 eine Schnittansicht nach der Linie V-V in Fig. 4.
In Fig. 1 und 2 besitzt die Koordinaten-Meßmaschine einen Kopf 10, der zur Bewegung in aufeinander senkrechten Richtungen X, Y, Z relativ zu einem Tisch 11 abgestützt ist, der eine feststehende Struktur bestimmt. Der Kopf 10 weist eine sich in der Z-Richtung erstreckende Längsachse auf. Der Kopf 10 stützt ein Werkzeug oder eine Sonde 12A ab mit einem Gehäuse (siehe Fig. 3), von welchem ein Taststift 14 vorsteht zur Anlage an ein Werkstück. 15 zum Zweck der Vermessung des Werkstücks, und die Sonde 12A ist zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Reaktion auf eine solche Anlage ausgelegt. Eine derartige Signal-Erzeugung ist an sich bekannt, z. B. aus GB-PS 1 445 977. Die Sonde 12A ist gegen andere Sonden 12B, 12C automatisch austauschbar, die an einem an dem Tisch 11 befestigten Speichergerät oder Magazin 16 gehalten werden. Die unterschiedlichen Sonden sind unterschiedlich aufgebaut oder haben unterschiedliche Taststifte, wie es zum Messen unterschiedlicher Abschnitte des Werkstücks erforderlich sein kann, oder das Magazin kann Zubehörteile wie Verlängerungsstäbe enthalten, aus denen unter-schiedliche Sondenanordnungen aufgebaut werden können.
Die Sonden 12 sind an dem Kopf 10 durch eine Kupplung lösbar befestigt, die einen an dem Kopf angebrachten ersten Kupplungsteil 18 und, mit Bezug auf jede einzelne Sonde 12, einen zweiten Kupplungsteil 18A umfaßt, der durch einen an dem Magazin 16 vorgesehenen Mechanismus 19 mit dem ersten Teil 18 in Eingriff gebracht und daraus gelöst werden kann.
Nach Fig. 3 bis 5 umfaßt der erste Kupplungsteil 18 einen an dem Kopf der Maschine befestigten Körper 20 und ein erstes Kupplungselement oder einen Sperrstift 21, der vom Körper 20 in Z-Richtung absteht. An seinem freien Ende ist der Stift 21 so geformt, daß er einen Hals 22 und einen etwas breiteren Kopf 23 bestimmt. Eine Feder 24 spannt den Stift 21 so, daß er nicht vom Körper 20 abgezogen wird. Der zweite Kupplungsteil 18A umfaßt einen an dem Sondengehäuse 13 befestigten Körper, der ein zweites Kupplungselement oder einen Nocken 26 trägt, bestehend aus einem hohlzylindrischen Element 27, dessen Achse 27A (Fig. 3) sich in der X-Richtung erstreckt. Der Körper 25 besitzt eine senkrecht zu Achse zu der Achse 10A verlaufende Bohrung, die das Element 27 zur Drehung um eine Achse 27A trägt. In seinem Inneren bestimmt das Element 27 eine Nockenfläche 28 mit einem hohen Abschnitt 29 und einem tiefen Abschnitt 30. Das Innere des hohlen Elements 27 ist nach außen offen durch einen Schlitz 31, der genügend breit ist, um den Hals 22 des Stiftes 21 zu umfassen und sich an dessen Kopf 23 anzulegen, und am tiefen Abschnitt 30 der Nockenfläche 28 besitzt der Schlitz 31 einen erweiterten Abschnitt 32, um den Kopf 23 in den Innenraum des Elements 27 eintreten oder sich daraus zurückziehen zu lassen.
Fig. 3 bis 5 zeigen die Kupplung 17 in der Eingriffstellung, in der der Kopf 23 am hohen Abschnitt 29 der Nockenfläche anliegt. In dieser Stellung der Kupplung 17 ist die Sonde an dem Kopf durch eine kinematische Stütze 35 (Fig. 4, 5) gehalten, die durch drei an dem Körper 20 des ersten Teils 18 befestigte Zylinderelemente 36 definiert ist, die jeweils an den zueinander konvergenten Flächen eines jeweiligen Paares von an dem Körper 25 des zweiten Teils 18A befestigten sphärischen Elementen anliegen. Die Elemente 36, 37 bestimmen jeweils erste und zweite an einer zur Längsachse des Kopfes 10 quer verlaufenden Ebene A-A liegende Stützflächen. Die durch den Stift 21 und die Feder 24 wirkende Nocke 26 übt auf das Werkzeug 12A eine Kraft in Richtung der Längsachse aus, um dadurch den Eingriff zwischen den Elementen 36, 37 hervorzurufen.
Die Kupplung 17 kann durch Verdrehen des Teiles 27 gelöst werden, d. h. durch Bewegen der Fläche 28 in einer Richtung quer zur Längsachse. Eine solche Drehung bringt den erweiterten Abschnitt 32 des Schlitzes 31 mit dem Kopf 23 in Ausrichtung, so daß dieser aus dem Innenraum des Teils 27 herausgezogen werden kann. Eine Umkehr dieses Ablaufs bringt die Kupplung 17 in Eingriff. Zur Betätigung der Kupplung umfaßt das Magazin 16 einen Rahmen 40, der mit Bezug auf jede darin zu lagernde Sonde 12 ein im Rahmen 40 zur Drehung um eine in der X-Richtung liegende Achse 41A gehaltenes Betätigungsglied 41 besitzt, das so positioniert ist, daß ein diametraler Schlitz 42 an einem Ende des Nockenteils 27 mit einem Keil 43 am ihm zugewendeten Ende des Betätigungsgliedes 41 in Eingriff treten kann. An dem Glied 41 ist ein mit einer durch einen Motor 46 über einen Spindel/Mutter-Getriebe 46A angetriebenen Zahnstange 45 kämmendes Stirnzahnrad 44 befestigt.
Um das Werkzeug von dem Kopf abzunehmen, wird dieser in X-Richtung bewegt, um den Schlitz 42 mit dem Keil 43 in Eingriff zu bringen. Danach wird der Motor betätigt, um das Teil 27 zu drehen und dadurch die Kupplung zu lösen. Danach wird der Kopf nach oben in Z-Richtung bewegt, um die Teile 18, 18A voneinander zu trennen und so den Kopf 10 von der Sonde 12A zu trennen. Diese wird nach hinten auf eine Gabel abgelassen, die an dem Magazin-Rahmen 40 zum Abstützen der Sonde 12A in der Speicherposition vorgesehen ist; gleichartige Gabeln sind auch für die Sonden 12B, 12C vorgesehen. Während der Aufwärtsbewegung wird der Stift 21 von der Position nahe dem Nocken 26 abgezogen, die der Stift vor der Trennung der Teile 18, 18A noch einnimmt. Um die Kupplung 17 zum Eingriff zu bringen, wird der Kopf nach unten in Richtung der Achse 10A bewegt, bis eine Annäherung der Elemente 36, 37 erreicht ist. Diese Abwärtsbewegung bringt auch den Stift 21 in die für den Eingriff der Kupplung 17 notwendige Näherungsposition zu dem Nocken 26.
Die für die jeweiligen Sonden 12A, 12B, 12C vorgesehenen Betätigungsteile 41 und Zahnräder 44 bilden zusammen mit der Zahnstange 45 und dem Motor 46 den Mechanismus 19 zum Anlegen und Lösen der Kupplung 17. Insbesondere sind die Betätigungsteile 41 in oder an dem Magazinrahmen 40 in Hinblick darauf vorgesehen, daß sie zur Betätigung in Positionen gehalten werden, die den von den jeweiligen Sonden eingenommenen oder einzunehmenden Positionen benachbart sind.
Um eine Übertragung des Sondensignals von der Sonde 12A zu dem Kopf 10 möglich zu machen, enthalten die Kupplungsteile 18, 18A Paare von elektrischen Kontakten 33, 34, die im Eingriffszustand der Teile 18, 18A aneinander anliegen. Die Kontakte 33 jedes dieser Paare sind an dem Kupplungsteil so vorgesehen, daß die Kontaktflächen an der Ebene A-A liegen.
Die Kontakte 34 sind an dem Teil 18A in Positionen zum Anlegen an die Flächen der Kontakte 33 in Richtung der Längsachse des Kopfes 10 vorgesehen. Die Kontakte 34 sind, wie gezeigt, federnd vorgespannt und so positioniert, daß sie sich an die Kontakte 33 anlegen, wenn das Werkzeug sich an den Elementen 36, 37 an den Kopf anlegt.
Der Kopf 10 der Maschine ist durch Motore, z. B. einen Motor 50 (Fig. 1), zu Positionen bewegbar, die in an sich bekannter Weise durch ein Programm 51 vorgeschrieben werden, und das Programm ist ausgelegt, den Kopf 10 zu der Magazinposition zu bewegen, und weiter dazu ausgelegt, auf den Motor 46 zur Betätigung der Kupplung 17 einzuwirken.
Es ist klar, daß die Erfindung eine Relativverdrehung des Kopfes und des Werkzeugs um die Längsachse vermeidet, da dies zu einer unangebrachten Relativverschiebung der Kontakte 33, 34 in der Ebene A-A führen würde.
In einer nicht gezeigten Abwandlung sind die Positionen der Teile 18 und 18A umgekehrt, wobei das Teil 18 an dem Sondengehäuse und das Teil 18A an dem Kopf 10 vorgesehen ist. In diesem Fall kann die Kupplung 17 durch den Mechanismus 19 in einer zu dem dargestellten Beispiel analogen Weise oder durch einen in dem Kopf 10 vorgesehenen Motor betätigt werden. Es ist jedoch ein Vorteil der Erfindung, daß die Kupplung 17 durch einen an oder in dem Magazin vorgesehenen Betätigungsmechanismus betätigt werden kann, da dies Schwierigkeiten vermeidet, die beispielsweise entstehen, wenn nicht genügend Raum für das Einbauen des Betätigungsmechanismus in oder an dem Kopf zur Verfügung steht.
Bei einer weiteren Abwandlung ist das Glied 27 ausgelegt, so von dem Glied 18 abzustehen, daß der Schlitz 42 außerhalb des Umfangs des Gliedes 18 liegt. Das macht es möglich, daß der Schlitz 42 mit dem Keil 43 durch eine Axialbewegung des Kopfes 10 in Eingriff kommt, selbstverständlich unter der Voraussetzung, daß der Schlitz und der Keil während einer solchen Bewegung des Kopfes 10 in Richtung der Längsachse liegen. Kupplungen wie die Kupplung 17 können eingesetzt werden, um Verlängerungsstäbe an dem Kopf anzuschließen, bevor in gleicher Weise eine Sonde an dem freien Ende eines solchen Verlängerungsstabes angeschlossen wird. Ein solcher Verlängerungsstab hat dann an jedem Ende ein Kupplungselement und wird in der gleichen Weise wie eine Sonde in dem Magazin gehalten.

Claims

1. Kupplung für eine Werkzeugwechselvorrichtung, welche einen bewegbaren Kopf (10) und ein auswechselbares Werkzeug (12) umfaßt, wobei der Kopf eine Achse (10A) besitzt, und die Kupplung umfaßt:

erste, an dem Kopf an einer quer zur Achse gelegenen Ebene (A-A) angeordnete Stützflächen (36),

zweite, an dem Werkzeug angeordnete und mit den ersten Stützflächen in Eingriff bringbare Stützflächen (37),

wobei die ersten und zweiten Stützflächen ausgelegt sind, eine kinematische Stütze (35) zu definieren,

ein erstes, an dem Kopf vorgesehenes Kupplungselement (21),

ein zweites, an dem Werkzeug vorgesehenes Kupplungselement (26, 27),

von denen ein Kupplungselement (26, 27) entweder am Werkzeug oder am Kopf zur Rotationsbewegung zwischen Positionen des Eingriffs mit oder des Lösens von dem anderen Kupplungselement (21) abgestützt ist, um dabei jeweils das Werkzeug sicher an dem Kopf zu befestigen oder davon zu lösen, wobei das eine Kupplungselement (26, 27) eine Nockenfläche (28) besitzt, die dazu ausgelegt ist, während seiner Drehbewegung im Sinne des Sicherns des Werkzeugs an dem Kopf auf das Werkzeug eine Kraft in Richtung der Achse auszuüben, um dadurch einen Eingriff zwischen der ersten und der zweiten Stützfläche einzurichten, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Kupplungselement (26, 27) einen in Achsenrichtung nach außen offenen hohlen Innenraum besitzt, der die Nockenfläche (28) enthält, und daß das andere Kupplungselement (21) einen relativ breiteren Kopf (23) besitzt, der in Achsenrichtung in den hohlen Innenraum des einen Kupplungselements eintreten und aus ihm herausgelangen kann durch einen erweiterten Abschnitt (32) von dessen Öffnung, wenn das eine Kupplungselement sich in seiner Lösestellung befindet, wobei der breitere Kopf mit der Nockenfläche (28) in dem hohlen Innenraum in Eingriff tritt, wenn das eine Kupplungselement sich in der Eingriffstellung befindet.

2. Kupplung nach Anspruch 1, bei der das eine Kupplungselement (26, 27) an dem Werkzeug und das andere Kupplungselement (21) an dem Kopf vorgesehen ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eines (21) der Kupplungselemente an einem der Teile Werkzeug (12) oder Kopf (10) unter Zwischenwirkung einer Feder (24) abgestützt ist.

4. Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit ersten an dem Kopf an einer zu der Achse (10A) quer verlaufenden Ebene vorgesehenen elektrischen Kontakten (33), zweiten, an dem Werkzeug vorgesehenen elektrischen Kontakten (34), welche zweiten Kontakte so angeordnet sind, daß sie mit den ersten Kontakten in Eingriff kommen, wenn das Werkzeug mit dem Kopf an den Stützflächen (36, 37) in Eingriff kommt.

5. Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das eine Kupplungselement (26, 27) einen Schlitz (42) zum Eingriff mit einem Keil (43) zum Betätigen der Kupplung besitzt.

6. Werkzeugwechselvorrichtung, welche umfaßt:

ein Werkzeug (12);

ein Speichergerät (16) mit Mitteln zum lösbaren Stützen des Werkzeugs in einer Speicherposition;

einen Kopf (10), der zur Bewegung relativ zu dem Speichergerät fähig ist, um das Werkzeug aus der Speicherposition zu entfernen und das Werkzeug dahin zurück zu führen;

eine Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche zum lösbaren Kuppeln des Werkzeugs (12) mit dem Kopf (10);

Betätigungsmittel (19), um die Kupplung durch Bewegen des einen (26, 27) Kupplungselements zwischen der Eingriffs- und der Löseposition zu betätigen;

wobei das Betätigungsmittel (19) ein an dem Speichergerät (16) vorgesehenes Betätigungsglied (41) enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das eine (26, 27) Kupplungselement ausgelegt ist, durch Bewegen des Kopfes (10) relativ zu dem Speichergerät mit dem Betätigungsglied (41) verbindbar und von ihm lösbar zu sein.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das eine Kupplungselement (26, 27) durch Bewegen des Kopfes (10) in einer Richtung quer zu seiner Achse (10A) mit dem Betätigungsglied (41) verbindbar und von ihm lösbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der das Speichergerät (16) eine Vielzahl von Positionen zum Speichern einer Vielzahl der Werkzeuge (12A, 12B, 12C) besitzt, von denen jede Position ein jeweiliges Betätigungsglied (41) besitzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Betätigungsmittel (19) einen an dem Speichergerät (16) vorgesehenen gemeinsamen Motor (46) umfaßt.