DE3524432A1 - Werkzeugwechselvorrichtung fuer eine werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, mit einer an der Werkzeugma­ schine vorgesehenen Werkzeughalteraufnahme, insbesondere einer Spindel, mit mehreren wechselweise in die Werkzeug­ halteraufnahme einsetzbaren Werkzeughaltern, von denen jeder einen zylindrischen Abschnitt und in diesem eine radial verlaufende Gewindebohrung aufweist, und mit einem am freien Ende eines Wechselarmes radial zur Achse des zylindrischen Abschnittes bzw. zur Spindel­ achse beweglichen Wechselkopf, der an seinem dem Werk­ zeughalter zugekehrten äußeren Ende mit einer beim Werkzeugwechsel an dem zylindrischen Abschnitt angrei­ fenden Zentrierausnehmung und im Zentrum der Zentrier­ ausnehmung mit einem sich in der radialen Bewegungs­ richtung des Wechselkopfes erstreckenden, in zwei ent­ gegengesetzten Drehrichtungen motorisch antreibbaren Verbindungsbolzen versehen ist, der in seiner Achsrich­ tung im Wechselkopf begrenzt verschiebbar ist und an seinem freien Ende ein in die Gewindebohrung passendes Außengewinde aufweist.

Eine derartige bekannte Wechselvorrichtung ist in der EP-A 0 125 529 beschrieben. Wichtig bei einer derarti­ gen Wechselvorrichtung ist es, daß der Wechselkopf gegenüber der Spindelachse in Wechselposition stets den gleichen Abstand aufweist, da nur dann sicherge­ stellt ist, daß die Achse des Werkzeughalters beim Wechseln mit der Spindelachse fluchtet. Da bei der bekannten Wechselvorrichtung also die Endstellung des Wechselkopfes gegenüber der Spindelachse stets die gleiche ist, können nur Werkzeughalter ausgewechselt werden, deren zylindrische Abschnitte im Durchmesser gleich groß sind. In der Regel bildet der zylindrische Abschnitt einen Teil des Schaftes des Werkzeughalters, der mit diesem Schaft sich an der Stirnfläche der Spin­ del abstützt. Obwohl man bemüht ist, diesen Schaft­ durchmesser aus Stabilitätsgründen möglichst groß zu machen, kann es bei Werkzeugen, die geringeren Belastun­ gen ausgesetzt sind, wie z. B. Reibahlen, Feinbohrstan­ gen, Gewindeschneidwerkzeugen usw., zweckmäßiger sein, den Schaft im Durchmesser kleiner zu machen, damit die Werkzeughalter leichter werden und damit wegen ihrer geringeren Masse schneller zu wechseln sind und damit die Werkzeughalter in einem Magazin auch weniger Platz beanspruchen. Ein kleinerer Schaftdurchmesser hat je­ doch zwangsläufig zur Folge, daß auch der zylindrische Abschnitt des Werkzeughalters, an welchem der Wechsel­ kopf angreifen kann, im Durchmesser kleiner wird. Zum wechselweisen Erfassen von Werkzeughaltern, deren zylindrische Abschnitte unterschiedliche Durchmesser aufweisen, ist die bekannte Wechselvorrichtung nicht geeignet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei gleich­ bleibender Endstellung des Wechselkopfes gegenüber der Spindelachse das Wechseln von Werkzeughaltern ermög­ licht, deren zylindrische Abschnitte unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wechselkopf an seinem, dem jeweiligen Werk­ zeughalter zugekehrten Ende ein im wesentlichen seg­ mentförmiges Teil und in diesem eine erste Zentrier­ ausnehmung aufweist, die durch eine in etwa dem Radius des zylindrischen Abschnittes eines ersten Werkzeughal­ ters entsprechende erste, teilzylinderische (bogenför­ mige) Zentrierfläche gebildet ist, daß an beiden Seiten des segmentförmigen Teils an einem gegenüber diesem in axialerRichtung verbreiterten Teil des Wechselkopfes je eine zweite teilzylindrische (bogenförmige) Zentrier­ fläche vorgesehen ist, die zur ersten Zentrierfläche konzentrisch ist und deren Radius in etwa dem größeren Radius eines zylindrischen Abschnittes eines zweiten Werkzeughalters entspricht, der im Bereich seiner radialen Gewindebohrung eine Ausnehmung für das segment­ förmige Teil aufweist.

Mit dieser neuen Werkzeugwechselvorrichtung können wech­ selweise Werkzeughalter aufgenommen und ausgewechselt werden, die zylindrische Abschnitte mit unterschiedli­ chen Durchmessern aufweisen. Sofern der Werkzeughalter einen zylindrischen Abschnitt mit kleinerem Durchmes­ ser aufweist, kommt die erste Zentrierfläche an diesem zylindrischen Abschnitt zur Anlage. Hat hingegen ein anderer Werkzeughalter einen zylindrischen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser, dann kommt der Wechsel­ kopf mit seinen zweiten, im Radius größeren Zentrier­ flächen, an dem zylindrischen Abschnitt zur Anlage. Die Ausnehmung in dem zylindrischen Abschnitt ist dazu vorgesehen, damit das segmentförmige Teil, welches in diesem Fall überflüssig und unwirksam ist, in die Aus­ nehmung eintauchen kann. Der auszuwechselnde Werkzeug­ halter liegt in diesem Fall nur mit seinem zylindrischen Abschnitt an den zweiten Zentrierflächen des Wechsel­ kopfes an. Da diese konzentrisch zu der ersten Zentrier­ fläche angeordnet sind, haben die Zentrierflächen einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt bzw. eine gemeinsame Krümmungsachse, die bei gleichbleibender Endstellung des Wechselkopfes gegenüber der Spindelachse mit dieser zusammenhält.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sin in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines ersten Ausführungsbei­ spieles beim Erfassen eines Werkzeughalters mit kleinem Durchmesser,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Axialschnitt des ersten Ausführungsbei­ spieles beim Erfassen eines Werkzeughalters mit großem Durchmesser,

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 einen Teilquerschnitt beim Erfassen eines Teiles mit einer ebenen Oberfläche,

Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel in Stirnansicht.

In der Zeichnung ist mit 1 die Spindel einer Werkzeugma­ schine bezeichnet, die eine zylindrische Aufnahmebohrung 2 zur Aufnahme eines Paßzapfens 3 eines ersten Werkzeug­ halters 4 aufweist. Der erste Werkzeughalter 4 hat einen zylindrischen Abschnitt 5 mit einem Radius R 1 von bei­ spielsweise 50 mm. In dem zylindrischen Abschnitt 4 ist eine radial verlaufende Gewindebohrung 6 vorgesehen.

In die gleiche Spindel 1 soll, wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, auch ein zweites Werkzeug 4′ eingesetzt bzw. ausgewechselt werden, welches einen zylindrischen Abschnitt 5′ mit einem größeren Radius R 2 von beispiels­ weise 62,5 mm aufweist. Im zylindrischen Abschnitt 5′ ist eine radiale Gewindebohrung 6′ vorgesehen, deren Durch­ messer dem der Gewindebohrung 6 entspricht. Der Paßzapfen 3 des Werkzeughalters 4′ hat die gleichen Abmessungen wie der Paßzapfen 3 des Werkzeughalters 4.

Der Wechselkopf 7 ist an einem nicht dargestellten Wechsel­ arm der Werkzeugwechselvorrichtung angeordnet, wobei dieser Wechselarm in radialer Richtung R und auch in axialer Rich­ tung C gegenüber der Spindelachse A beweglich ist. Die Anordnung ist dabei jedoch so getroffen, daß der Spindel­ kopf 7 in Wechselstellung stets den gleichen Abstand a gegenüber der Spindelachse A einnimmt.

Der Wechselkopf 7 ist im Axialschnitt stufenförmig abge­ setzt. Er weist an seinem dem Werkzeughalter 4 bzw. 4′ zugekehrten Ende ein im wesentlichen segmentförmiges Teil 7 a mit einer Breite B auf. In diesem segmentförmigen Teil 7 a ist eine erste Zentrierausnehmung vorgesehen. Diese Zentrierausnehmung wird durch eine teilzylindrische (bogenförmige) Zentrierfläche 8 gebildet. Der Radius r 1 dieser Zentrierfläche 8 ist um einige hundertstel Milli­ meter, beispielsweise um etwa 0,02 mm, kleiner als der Radius R 1 des ersten Werkzeughalters 4.

An das segmentförmige Teil 7 a schließt sich ein in axialer Richtung des Werkzeughalters 4 bzw. der Spindel 1 ver­ breiterter Teil 7 b an. Dieser verbreiterte Teil 7 b weist eine Breite B 1 auf, die größer ist als die Breite B. An diesem verbreiterten Teil 7 b ist an jeder Seite des seg­ mentförmigen Teiles 7 a eine zweite teilzylindrische (bogenförmige) Zentrierfläche 9 vorgesehen, durch die eine zweite Zentrierausnehmung gebildet wird. Die zweite Zentrierfläche 9 ist konzentrisch zu der ersten Zentrier­ fläche 8 angeordnet und weist einen Radius r 2 auf, der um einige hundertstel Millimeter, beispielsweise 0,02 mm, kleiner ist, als der Radius R 2 des zylindrischen Abschnit­ tes 5′ des zweiten Werkzeughalters 4′. In dem Wechselkopf 7 ist ferner ein Verbindungsbolzen 10 in einer radialen Bohrung 11 verschiebbar gelagert. In den Kopf 10 a dieses Verbindungsbolzens greift der Mitnehmer 12 eines in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen motorisch antreibbaren Schraubendrehers 13 ein. Der Schraubenkopf 10 a stützt sich an einem Absatz 14 der Bohrung 11 ab. An seinem vorderen Ende ist der Verbindungsbolzen 10 mit einem in die radialen Gewindebohrungen 6, 6′ passenden Außengewin­ de 10 b versehen.

Der Wekrzeughalter 4′ weist im Bereich seiner Gewindeboh­ rung 6′ eine segmentförmige Ausnehmung 15 auf, in welche das segmentförmige Teil 7 a des Wechselkopfes 7 mit Spiel eintauchen kann. Damit gewährleistet ist, daß die zweite Zentrierfläche 9 am zylindrischen Abschnitt 5′ des Werk­ zeughalters 4′ anliegt, ist die maximale Tiefe T der Ausnehmung 15 etwas größer als die maximale radiale Höhe H des segmentförmigen Teiles 7 a.

Zweckmäßig ist diametral gegenüberliegend zu der Ausneh­ mung 15 eine weitere Ausnehmung 15′ vorgesehen, deren Größe zum Massenausgleich der Größe der ersten Ausneh­ mung 15 entspricht. Da die Ausnehmungen 15 und 15′ nur an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen des Werk­ zeughalters vorgesehen sind, wird der Schaft des Werk­ zeughalters am übrigen Umfang nicht geschwächt.

Dadurch, daß die Radien r 1 und r 2 der Zentrierflächen 8, 9 jeweils um einige hundertstel Millimeter kleiner sind als die Radien R 1 und R 2 der zylindrischen Abschnitte 5, 5′ der zugehörigen Werkzeughalter 4, 4′, wird sicherge­ stellt, daß eine Berührung zwischen der Zentrierfläche 8 und dem zylindrischen Abschnitt 5 des zugehörigen Werk­ zeuges 4 an den in Umfangsrichtung am weitesten entfernt liegenden Stellen der Zantrierfläche 8 stattfindet. Hier­ durch hat die Zentrierfläche 8 die Wirkung eines Prismas und es wird sichergestellt, daß die Achse des Werkzeug­ halters 4 mit der Achse der Zentrierfläche 8 fluchtet. Das gleiche gilt bezüglich der Zentrierflächen 9, die infolge ihrer Radien r 2, die um einige hundertstel Milli­ meter kleiner sind als der Radius R 2 des zylindrischen Abschnittes 5′, gegenüber dem Werkzeughalter 4′ den gleichen Prismaeffekt enthalten.

Zum Wechseln eines Werkzeuges wird der Wechselkopf 7 mit­ tels des Wechselarmes an den in der Spindel 1 befindli­ chen Werkzeughalter in Richtung R heranbewegt, bis die Zentrierfläche 8 am zylindrischen Abschnitt 5 anliegt. Der Verbindungsbolzen 10 kann hierbei zunächst in Rich­ tung R entgegen der Kraft einer nicht dargestellten Feder radial ausweichen. Wird anschließend der Schraubendreher 13 mit Rechtsdrehung angetrieben, so schraubt sich das Gewinde 10 b des Verbindungsbolzens in die Gewindebohrung 6, solange bis der Schraubenkopf 10 a an dem Absatz 14 zur Anlage kommt. Der Werkzeughalter 4 ist damit sicher mit dem Wechselkopf 7 verschraubt. Durch anschließende Bewegung des Wechselarmes zunächst in axialer Richtung C wird der Paßzapfen 3 des Werkzeughalters 4 aus der Spin­ del 1 herausgezogen. Der meist zweiarmige Wechselarm wird dann um 180° geschwenkt und ein an seinem zweiten Arm vorgesehener Wechselkopf, der einen anderen Werkzeug­ halter trägt, wird vor die Spindel 1 eingeschwenkt. Durch Bewegung des Wechselarmes in axialer Richtung C wird dann der Paßzapfen 3 des neuen Werkzeughalters in die Aufnahme­ bohrung 2 der Spindel 1 eingeführt.

Beim Auswechseln eines Werkzeughalters 4′ mit einem im Durchmesser größeren zylindrischen Abschnitt 5′ taucht zunächst der segmentförmige Abschnitt 7 a in die Ausneh­ mung 15 ein, bevor die Zentrierflächen 9 an dem zylin­ drischen Abschnitt 5′ zur Anlage kommen. Hierbei weicht der Verbindungsbolzen 10 wieder in radialer Richtung aus und wird anschließend, wie oben beschrieben wurde, mit seinem Gewinde 10 b in die Gewindebohrung 6′ eingeschraubt bis sich der Schraubenkopf 10 a an dem Absatz 14 abstützt und die Zentrierfläche 9 fest an den zylindrischen Ab­ schnitt 5′ angepreßt wird.

Damit der Verbindungsbolzen bei einem Werkzeughalter 4, mit im Durchmesser kleinerem zylindrischen Abschnitt 5, zum Einschrauben in die Gewindebohrung 6 nicht so viele Umdrehungen machen muß, weist die Gewindebohrung 6 zweck­ mäßig eine gewindelose Ansenkung 16 auf.

Obwohl der Wechselkopf 7 in erster Linie zum Auswechseln von Werkzeughaltern 4, 4′ mit zylindrischen Abschnitten 5, 5′ verwendet werden soll, kann er auch, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, zum Erfassen und Auswechseln eines Teiles 17 mit einer ebenen Oberfläche 18 verwen­ det werden. Zu diesem Zweck weist der Wechselkopf 7 in zu beiden Seiten der ersten Zentrierfläche 8 liegenden ebenen Teilen 19 seiner Stirnfläche je eine Bohrung 20 auf, die parallel zur Achse des Verbindungsbolzens 10 verläuft. In der ebenen Oberfläche 18 sind zu beiden Seiten der Gewindebohrung 6 Zentrierzapfen 21 angeord­ net, die in die Bohrungen 20 passen. Diese Zentrierzapfen 21 greifen beim Wechselvorgang in die Bohrungen 20 ein, wodurch das Teil 17 verdrehfest und ausgerichtet mit dem Wechselkopf 7 verbunden werden kann.

Wenn mit ein und derselben Wechselvorrichtung Werkzeug­ halter ausgewechselt werden sollen, deren zylindrische Abschnitte drei verschiedene Durchmesser aufweisen, dann wird der Wechselkopf zweckmäßig in der in Fig. 6 darge­ stellten Weise ausgestaltet. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel ist der Wechselkopf 7′ an dem Wechselarm 22 um eine parallel zur Spindelachse A verlaufende Schwenk­ achse 23 schwenkbar gelagert. Die Schwenkbewegung kann mittels einer nicht dargestellten Zahnstange oder eines Gestänges erfolgen. Der in Fig. 6 rechts dargestellte Teil des Wechselkopfes 7′ entspricht in seiner Ausgestal­ tung der Ausgestaltung des Wechselkopfes 7 des in Fig. 1-4 dargestellten Ausführungsbeispieles, weshalb für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen ver­ wendet worden sind und obige Beschreibung sinngemäß zu­ trifft.

An dem Wechselkopf 7′ ist in Schwenkrichtung S winkel­ mäßig versetzt, beispielsweise um 45° versetzt, ein weiterer Wechselkopf 24 angeordnet. Dieser weist an seinem freien Ende eine teilzylindrische Zentrierfläche 25 auf, deren Radius r 3 kleiner ist als der Radius r 1 der ersten Zentrierfläche 8. Der Radius r 3 ist um einige hundertstel Millimeter kleiner als der Radius R 3 des zylindrischen Abschnittes 5′′ des weiteren Werkzeughal­ ters 4′′. Der Krümmungsmittelpunkt M 3 der Zentrierfläche 25 weist von der Schwenkachse 23 den gleichen Abstand a 1 auf, wie der Krümmungsmittelpunkt M 1 der ersten Zen­ trierfläche 8. Ferner ist der Zentrierfläche 25 ein eigener Verbindungsbolzen 10′ zugeordnet.

Wenn ein Werkzeughalter 4′′, dessen zylindrischer Abschnitt 5′′ den kleinen Radius R 3 aufweist, ausgewechselt werden soll, dann wird der Wechselkopf 7′ in die in Fig. 6 dar­ gestellteLage geschwenkt. In diesem Fall fluchtet dann in der äußeren Endstellung des Wechselkopfes 7′ der Mittelpunkt M 3 mit der Spindelachse und es können Werk­ zeughalter 4′ mit dem Radius R 3 einwandfrei ausgewech­ selt werden. Sollen hingegen Werkzeughalter 4 oder 4′ mit den Radien R 1 bzw. R 2 ausgewechselt werden, dann wird der Wechselkopf 7′ aus seiner in Fig. 6 darge­ stellten Stellung nach links in die strichpunktierte Lage geschwenkt.

Claims (7)

1. Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, mit einer an der Werkzeugmaschine vorgesehenen Werk­ zeughalteraufnahme, insbesondere einer Spindel, mit mehreren wechselweise in die Werkzeughalteraufnahme einsetzbaren Werkzeughaltern, von denen jeder einen zylindrischen Abschnitt und in diesem eine radial ver­ laufende Gewindebohrung aufweist, und mit einem am freien Ende eines Wechselarmes radial zur Achse des zylindrischen Abschnittes bzw. zur Spindelachse be­ weglichen Wechselkopf, der an seinem dem Werkzeughal­ ter zugekehrten äußeren Ende mit einer beim Werkzeug­ wechsel an dem zylindrischen Abschnitt angreifenden Zentrierausnehmung, und im Zentrum der Zentrierausneh­ mung mit einem sich in der radialen Bewegungsrichtung des Wechselkopfes erstreckenden, in zwei entgegenge­ setzten Drehrichtungen motorisch antreibbaren Verbin­ dungsbolzen versehen ist, der in seiner Achsrichtung im Wechselkopf begrenzt verschiebbar ist und an seinem freien Ende ein in die Gewindebohrung passendes Außen­ gewinde aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselkopf (7, 7′) an seinem dem jeweiligen Werkzeug­ halter (4, 4′, 4′′) zugekehrten Ende ein im wesentli­ chen segmentförmiges Teil (7 a) und in diesem eine erste Zentrierausnehmung aufweist, die durch eine in etwa dem Radius (R 1) des zylindrischen Abschnittes (5) eines ersten Werkzeughalters (4) entsprechende erste, teilzylindrische (bogenförmige) Zentrierfläche (8) gebildet ist, daß an beiden Seiten des segmentför­ migen Teils (7 a) an einem gegenüber diesem in axialer Richtung verbreiterten Teil (7 b) des Wechselkopfes (7, 7′) je eine zweite teilzylindrische (bogenförmige) Zentrierfläche (9) vorgesehen ist, die zur ersten Zentrierfläche (8) konzentrisch ist und deren größerer Radius (r 2) in etwa dem größeren Radius (R 2) eines zylindrischen Abschnittes (5′) eines zweiten Werkzeug­ halters (4′) entspricht, der im Bereich seiner radialen Gewindebohrung (6′) eine Ausnehmung (15) für das seg­ mentförmige Teil (7 a) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (15) segmentförmig ist und ihre maximale Tiefe (T) in radialer Richtung etwas größer ist als die maximale radiale Höhe (H) des segmentför­ migen Teils (7 a).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Werkzeughalter (4′) an einer der Ausnehmung (15) diametral gegenüberliegenden Stelle eine zweite Ausnehmung (15′) aufweist, deren Größe zum Massenausgleich der Größe der ersten Ausnehmung (15) entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien (r 1, r 2, r 3) der Zentrierflächen (8, 9, 25) jeweils um einige hundertstel Millimeter klei­ ner sind als die Radien (R 1, R 2, R 3) der zylindrischen Abschnitte (5, 5′, 5′′) der zugehörigen Werkzeughalter (4, 4′, 4′′).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien (r 1, r 2, r 3) der Zentrierflächen (8, 9, 25) jeweils um etwa 0,02 mm kleiner sind als die Radien (R 1, R 2, R 3) der zylindrischen Abschnitte (5, 5′, 5′′).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen eines Teiles (17) mit ebener Ober­ fläche (18) in zu beiden Seiten der ersten Zentrier­ fläche (8) liegenden ebenen Teilen (19) der Stirn­ fläche des Wechselkopfes (7) je eine parallel zur Achse des Verbindungsbolzens (10) verlaufende Bohrung (20) vorgesehen ist und in der ebenen Oberfläche (18) zu beiden Seiten der Gewindebohrung (6) je ein in die Bohrung (20) passender Zentrierzapfen (21) vorgesehen ist. (Fig. 5)

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselkopf (7′) an dem Wechselarm (22) um eine parallel zur Spindelachse (A) verlaufende Schwenkachse (23) schwenkbar ist und daß der Wechselkopf (7′) in Schwenkrichtung (S) win­ kelmäßig versetzt eine weitere teilzylindrische Zen­ trierfläche (25) aufweist, deren Radius (r 3) kleiner ist als der Radius (r 1) der ersten Zentrierfläche (8) und deren Krümmungsmittelpunkt (M 3) von der Schwenk­ achse (23) den gleichen Abstand (a 1) aufweist wie der Krümmungsmittelpunkt (M 1) der ersten Zentrierfläche (8), wobei der weiteren Zentrierfläche (25) ein eige­ ner Verbindungsbolzen (10′) zugeordnet ist.