DE3722643C1 - Werkzeugrevolver - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugrevolver, insbesondere für einen NC-gesteuerten Drehautomaten, mit einem Revolverkörper, in dem mehrere um eine Revolverschaltachse herum angeordnete Werkzeugantriebswellen drehbar gelagert sind, und mit einer zur Revolverschaltachse koaxialen Hauptantriebswelle, welche über ein im Revolverkörper angeordnetes Winkelgetriebe mit den Werkzeugantriebswellen in Antriebsverbindung steht, sowie mit einem Schaltgetriebe zum Antrieb der Werkzeugantriebswellen mit unterschiedlichen Drehzahlen.

Um angetriebene Werkzeuge, wie z. B. Bohrer, die an einem Werkzeugträger auswechselbar angeordnet sind, mit unterschiedlichen Drehzahlen antreiben zu können, gibt es Werkzeughalter, die mit dem Werkzeug ausgewechselt werden und in die jeweils ein Getriebe eingebaut ist, das für ein dem speziellen Werkzeug entsprechendes Übersetzungsverhältnis zwischen der im Werkzeugträger befindlichen Werkzeugantriebswelle und dem betreffenden Werkzeug sorgt. Die derzeit auf dem Markt befindlichen Werkzeughalter mit eingebautem Getriebe haben in Abhängigkeit vom Übersetzungsverhältnis ihres Getriebes unterschiedliche Baugrößen, was zur Folge hat, daß beim automatischen Werkzeugwechsel (samt Werkzeughalter) der den Werkzeugwechsel durchführende Werkzeuggreifer beim Wechsel verschiedener Werkzeuge auch unterschiedliche Wechselpositionen anfahren muß, und zwar sowohl in axialer Richtung wegen der unterschiedlichen Baugrößen der Werkzeughalter als auch hinsichtlich der Drehwinkellage.

Es gibt aber auch schon Werkzeugmaschinen mit einem Werkzeugträger für auswechselbare angetriebene Werkzeuge, bei denen eine dem Antrieb der letzteren dienende Hauptantriebswelle über ein automatisches Schaltgetriebe angetrieben wird. In diesen automatischen Schaltgetrieben bewirken schaltbare Kupplungen oder Schieberäder eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses. Dies führt zu einem ersten Nachteil: Beim Schalten geht die Drehwinkelüberwachung eines Werkzeugs durch die Maschinensteuerung verloren, so daß vor einem automatischen Wechsel dieses Werkzeugs ein Suchlauf durchgeführt werden muß, um das Werkzeug in die für den automatischen Werkzeugwechsel erforderliche Drehwinkelposition zu bringen. Der zweite Nachteil dieser bekannten Konstruktion beruht auf der verhältnismäßig großen Entfernung des Schaltgetriebes von den Werkzeughaltern, was dazu führt, daß deren Antrieb verhältnismäßig torsionsweich ist, so daß die Werkzeuge bei hoher Zerspanungsleistung zum Rattern neigen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeugrevolver zu schaffen, dessen angetriebene Werkzeuge hinsichtlich ihrer Drehwinkelposition einfach überwachbar sind und die bei hoher Zerspanungsleistung nicht zum Rattern neigen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß bei bekannten Werkzeugrevolvern zwischen der Hauptantriebswelle und den Werkzeugantriebswellen ein Winkelgetriebe liegt, welches aus einem auf der Hauptantriebswelle sitzenden Kegelrad und jeweils einem Kegelrad auf den Werkzeugantriebswellen besteht, die mit dem Kegelrad der Hauptantriebswelle kämmen.

Ausgehend von einem Werkzeugrevolver der eingangs erwähnten Art läßt sich die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen, daß das Schaltgetriebe im Revolverkörper zwischen der Hauptantriebswelle und den Werkzeugantriebswellen angeordnet und als im Stillstand schaltbares, zwischen den Schaltzuständen keinen Leerlaufzustand aufweisendes Getriebe ausgebildet ist. Durch die Anordnung des Schaltgetriebes im Revolverkörper zwischen der Hauptantriebswelle und den Werkzeugantriebswellen wird der Antrieb der letzteren torsionssteif, und aufgrund der geschilderten Ausbildung des Schaltgetriebes läßt sich dieses zwar nur im Stillstand schalten, es bringt aber den Vorteil mit sich, daß eine Drehwinkel-Meß- bzw. -Überwachungsvorrichtung niemals von den bezüglich ihrer Drehwinkelposition zu überwachenden Werkzeugen getrennt wird, so daß sich ein automatisch zu wechselndes Werkstück von der Maschinensteuerung ohne weiteres in derjenigen Drehwinkelposition stillsetzen läßt, in der es vom Werkzeuggreifer erfaßt werden muß. Gegenüber der Verwendung von Werkzeughaltern mit eingebauten Getrieben bringt die Erfindung den Vorteil mit sich, daß man mit Standard-Werkzeughaltern auskommt, die alle gleich groß sind, so daß der Werkzeuggreifer nicht in Abhängigkeit von dem jeweils zu wechselnden Werkzeug unterschiedliche Wechselpositionen anfahren muß.

Um beim Schalten des Schaltgetriebes des erfindungsgemäßen Werkzeugrevolvers und bei der Zuordnung der Drehwinkelstellung eines Werkzeugs zur Stellung einer diese Drehwinkelstellung überwachenden Meßvorrichtung keine Schwierigkeiten aufkommen zu lassen, empfiehlt sich eine Ausführungsform, bei der das Schaltgetriebe so ausgebildet ist, daß sich in jedem Schaltzustand ein solches Übersetzungsverhältnis zwischen den Werkzeugantriebswellen (Drehzahl n _w ) und der diese überwachenden Meßvorrichtung (Drehzahl n _m ) ergibt, daß dieses Übersetzungsverhältnis n _w : n _m stets ganzzahlig ist. Bei einer solchen Konstruktion muß vor einem automatischen Werkzeugwechsel nur die Nullage der Meßvorrichtung eingestellt werden, da sich dann die für den Werkzeugwechsel erforderliche Drehwinkelposition des zu wechselnden Werkzeugs automatisch einstellt.

Besonders einfach aufgebaut und raumsparend läßt sich die Erfindung verwirklichen, wenn man das Schaltgetriebe koaxial zur Revolverschaltachse ausbildet. Im selben Sinne vorteilhaft wirkt es sich aus, wenn das Winkelgetriebe und das Schaltgetriebe mindestens ein Getriebeelement gemeinsam haben.

Besonders große Übersetzungsverhältnisunterschiede bei gleichzeitig raumsparender Bauweise lassen sich mit einem Planetenradgetriebe als Schaltgetriebe erzielen, wobei man dann zweckmäßigerweise das Ringrad des Planetengetriebes gleichzeitig als Kegelrad des Winkelgetriebes ausbildet.

Ein besonders vorteilhaftes Schaltgetriebe besitzt einen Planetenradträger, der fest mit dem Revolverkörper verbunden ist, und eine Hauptantriebswelle, die in Richtung der Revolverschaltachse zwischen drei Stellungen verschiebbar und derart ausgebildet ist, daß sie in einer ersten Stellung nur mit einem Planetenrad bzw. mehreren Planetenrädern in Antriebsverbindung steht, in einer dritten Stellung nur mit dem Ringrad in Antriebsdrehverbindung steht und in einer zweiten, mittleren Stellung sowohl mit dem Planetenrad bzw. den Planetenrädern als auch mit dem Ringrad drehfest verbunden ist. Dies erreicht man z. B. dadurch, daß die Hauptantriebswelle im Bereich ihres vorderen Endes ein Ritzel zum Kämmen mit den Planetenrädern und an der vorderen Stirnfläche einen exzentrischen Zapfen zum Einschieben in eine Bohrung des Ringrades des Planetengetriebes besitzt, die so ausgebildet sind, daß dieser Zapfen in die genannte Bohrung eintritt, ehe das Ritzel außer Eingriff mit den Planetenrädern kommt. Einfacher ist es jedoch, wenn das Ringrad einen Innenzahnkranz aufweist und die Hauptantriebswelle einen Außenzahnkranz besitzt, welcher in die Verzahnung des Planetenrades bzw. der Planetenräder und in den Innenzahnkranz des Ringrades einschiebbar und in Achsrichtung so lang ausgebildet ist, daß der Außenzahnkranz der Hauptantriebswelle die Planetenräder erst freigibt, wenn er bereits das Ringrad drehfest mit der Hauptantriebswelle verbunden hat oder umgekehrt sich bereits im Eingriff mit den Planetenrädern befindet, ehe er sich vom Ringrad löst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeugrevolvers sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugrevolvers. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Frontansicht eines Drehautomaten, welcher als Werkzeugträger einen erfindungsgemäßen Werkzeugrevolver besitzt;

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch den Werkzeugrevolver sowie den Antrieb und die Drehwinkel-Meßvorrichtung für die vom Werkzeugrevolver gehaltenen angetriebenen Werkzeuge und

Fig. 3 einen Schnitt durch das Schaltgetriebe bildende Planetenradgetriebe dieses Werkzeugrevolvers nach der Linie 3-3 in Fig. 2.

Die Fig. 1 zeigt ein einen Spindelstock 12 tragendes Maschinengestell 10, auf dem ein Kreuzschlittensystem 14 für einen Werkzeugrevolver 16 angeordnet ist. Im Spindelstock 12 ist eine ein Spannfutter 18 für ein Werkstück 20 haltende Hauptarbeitsspindel drehbar gelagert. Auf dem Maschinengestell 10 ist eine sich in Richtung der X-Achse erstreckende Führung 22 befestigt, die der Führung eines Unterschlittens 24 des Kreuzschlittensystems 14 in Richtung der X-Achse dient. Ein den Werkzeugrevolver 16 lagernder Oberschlitten 26 des Kreuzschlittensystems 14 ist mittels einer Z-Führung 28 auf dem Unterschlitten 24 in Richtung Z-Achse verschiebbar gehalten. Antriebe zum Verschieben der beiden Schlitten 24 und 26 sind hier nicht dargestellt.

Der Werkzeugrevolver 16, der, wie sich aus dem folgenden noch ergeben wird, um eine Schaltachse drehbar sein soll, die sich in Richtung X-Achse erstreckt, besitzt um diese Schaltachse herum mehrere Werkzeughalter-Aufnahmen 30, in die mit Hilfe eines Greifers einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung Werkzeuge 32 mit ihren Werkzeughaltern 34 einsetzbar sind. Da das automatische Wechseln von Werkzeugen aus dem Stand der Technik bekannt ist, braucht hierauf nicht mehr eingegangen zu werden. Bei den in Fig. 1 mit 32 bezeichneten Werkzeugen handelt es sich um Bohrer, die erfindungsgemäß angetrieben sein sollen.

Anhand der Fig. 2 und 3 soll nun die Konstruktion des Werkzeugrevolvers 16 näher erläutert werden.

Der Werkzeugrevolver 16 besitzt einen Revolverkörper 40, welcher in nicht dargestellter Weise am Oberschlitten 26 um eine Achse, die parallel zur X-Achse des Drehautomaten verläuft, drehbar gelagert ist; diese im folgenden als Revolverschaltachse bezeichnete Achse ist in den Fig. 2 und 3 mit 42 bezeichnet. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Achse von im Revolverkörper 40 drehbar gelagerten Werkzeugantriebswellen 44 radial zur Revolverschaltachse 42 und sind an ihren radial inneren Enden mit Kegelzahnrädern 46 versehen. Die letzteren kämmen mit einem Ringrad 48 eines Planetenradgetriebes 450, welches erfindungsgemäß koaxial zur Revolverschaltachse 42 aufgebaut und angeordnet ist. Damit sich die Werkzeuantriebswellen 44 durch das Ringrad 48 antreiben lassen, besitzt dieses einen Außenzahnkranz 52, der nach Art eines Kegelrades ausgebildet ist und mit den Kegelzahnrädern 46 kämmt.

Das Ringrad 48 ist mit Hilfe von Lagern 54 und 56 am Revolverkörper 40 drehbar und axial unverschieblich gelagert. Es besitzt einen ersten Innenzahnkranz 58, welcher mit drei Planetenrädern 60 kämmt, die auf am Revolverkörper 40 befestigten Lagerzapfen 62 drehbar gelagert sind, so daß der Revolverkörper 40 auch den Planetenradträger bildet. Ferner besitzt das Ringrad 48 noch einen zweiten Innenzahnkranz 64.

Mit den Planetenrädern 60 und dem zweiten Innenzahnkranz 64 wirkt ein Außenzahnkranz 66 einer in axialer Richtung verschiebbaren Hohlwelle 68 zusammen, die die Hauptantriebswelle für alle Werkzeugantriebswellen 44 bildet und deshalb im folgenden als solche bezeichnet werden soll; sie ist in Fig. 2 oberhalb der Revolverschaltachse 42 in ihrer einen Endstellung dargestellt, in der ihr Außenzahnkranz 66 nur mit den Planetenrädern 60 kämmt, und unterhalb der Revolverschaltachse 42 in ihrer anderen Endstellung, in der ihr Außenzahnkranz 66 nur mit dem zweiten Innenzahnkranz 64 des Ringrades 48 in Eingriff ist. Wie ein Blick auf die Fig. 2 erkennen läßt, ist der Außenzahnkranz 66 der Hauptantriebswelle 68 in axialer Richtung so lang ausgebildet, daß er erfindungsgemäß bereits in den zweiten Innenzahnkranz 64 des Ringrades 48 eingreift, ehe er von den Planetenrädern 60 getrennt wird oder umgekehrt greift der Außenzahnkranz 66 beim Verschieben der Hauptantriebswelle 68 aus der linken Endstellung nach rechts bereits in die Verzahnungen der Planetenräder 60 ein, ehe er den zweiten Innenzahnkranz 64 des Ringrades 48 verläßt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der radiale Abstand des zweiten Innenzahnkranzes 64 von der Revolverschaltachse 42 derselbe wie der radiale Abstand der Zahnkränze der Planetenräder 60 von der Revolverschaltachse.

Die Fig. 2 zeigt oben eines der angetriebenen Werkzeuge 32 mit seinem Werkzeughalter 34 sowie einen Werkzeuggreifer 70, der mit einem nicht dargestellten Schrauber zum Lösen einer Spannschraube 72 des Werkzeughalters 34 sowie gegebenenfalls mit Greiferbacken zum Erfassen des Werkzeughalters versehen sein soll.

An der hinteren Stirnseite des Revolverkörpers 40 ist eine Lagerglocke 74 befestigt, auf der ein Zahnrad 76 für einen Zahnriemen 78 drehbar gelagert ist. Die Hauptantriebswelle 68 besitzt an ihrem hinteren, gemäß Fig. 2 rechten Ende eine Evolventenverzahnung 80, in die ein entsprechend gestalteter Innenzahnkranz 82 des Zahnrades 76 eingreift, wobei beide Verzahnungen so ausgebildet sind, daß sich die Hauptantriebswelle 68 in der in Fig. 2 dargestellten Weise gegenüber dem Zahnrad 76 in ihrer Längsrichtung verschieben läßt. Der Zahnriemen 78 läuft über ein Zahnrad 84 eines Motors 86, der auf dem Oberschlitten 26 (s. Fig. 1) angebracht sein soll. Dieser Schlitten trägt auch ein in Fig. 2 gezeigtes Gehäuse 90, welches einen Druckmittelzylinder 92 für einen Kolben 94 bildet, das mit zwei nicht dargestellten Druckmittelanschlüssen versehen ist, um den Kolben 94 gemäß Fig. 2 nach rechts und links bewegen zu können. Der letztere greift an einem Axiallager 96 an, über das mit Hilfe des Kolbens 94 die Hauptantriebswelle 68 in Achsrichtung verschoben werden kann. Im Gehäuse 90 ist ferner ein Drehwinkelgeber 100 untergebracht, welcher die Meßvorrichtung im Sinne der Ansprüche bildet und von einem am Gehäuse 90 drehbar gelagerten Zahnrad 102 angetrieben wird, das mit einer Verzahnung 104 des Zahnrades 76 kämmt. Bei einer Drehung der Hauptantriebswelle 68 wird also auch der Drehwinkelgeber 100 angetrieben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konstruktion sind nun die Übersetzungsverhältnisse in den beiden Zuständen des das Schaltgetriebe bildenden Planetenradgetriebes 50 die folgenden, wobei mit "i" das Verhältnis Drehzahl des treibenden Elements zu Drehzahl des getriebenen Elements bezeichnet wird:

Hierin bedeuten

W = Werkzeug A = Hauptantriebswelle M = Meßvorrichtung bzw. Drehwinkelgeber

Die Erfindung macht also einen Suchlauf zum Auffinden der Wechselposition der Werkzeuge zum Zweck eines automatischen Werkzeugwechsels überflüssig; dasselbe gilt, wenn ein Werkzeug in einer bestimmten Drehwinkelposition zu arbeiten beginnen muß, wie dies beim Gewindeschneiden der Fall ist oder beim Nutenstoßen in einer bestimmten Winkellage. Auch lassen sich alle Werkzeughalter für die angetriebenen Werkzeuge gleich ausbilden, und da die Momentenumwandlung für alle Werkzeuge nur einmal im Revolverkörper erfolgt, lassen sich gegenüber dem Stand der Technik, bei dem Getriebe in die Werkzeughalter eingebaut sind, beträchtliche Kosten einsparen.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß der Außenzahnkranz 66 der Hauptantriebswelle 68 das Zentral- oder sogenannte Sonnenrad des Planetenradgetriebes bildet. Nachzutragen bleibt noch, daß die Hauptantriebswelle 68 auf einer Achse 110 verschiebbar und drehbar gelagert ist, welche koaxial zur Revolverschaltachse 42 angeordnet und einerseits im Revolverkörper 40 und andererseits im Gehäuse 90 gehalten ist.

Claims (9)

1. Werkzeugrevolver, insbesondere für einen NC-gesteuerten Drehautomaten, mit einem Revolverkörper, in dem mehrere um eine Revolverschaltachse herum angeordnete Werkzeugantriebswellen drehbar gelagert sind, und mit einer zur Revolverschaltachse koaxialen Hauptantriebswelle, welche über ein im Revolverkörper angeordnetes Winkelgetriebe mit den Werkzeugantriebswellen in Antriebsverbindung steht, sowie mit einem Schaltgetriebe zum Antrieb der Werkzeugantriebswellen mit unterschiedlichen Drehzahlen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe (50, 66) im Revolverkörper (40) zwischen der Hauptantriebswelle (68) und den Werkzeugantriebswellen (44) angeordnet und als im Stillstand schaltbares, zwischen den Schaltzuständen keinen Leerlaufzustand aufweisendes Getriebe ausgebildet ist.

2. Werkzeugrevolver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe (50, 66) so ausgebildet ist, daß sich in jedem Schaltzustand ein solches Übersetzungsverhältnis zwischen den Werkzeugantriebswellen (44) und einer dieser überwachenden Meßvorrichtung (100) ergibt, daß dieses Übersetzungsverhältnis stets ganzzahlig ist.

3. Werkzeugrevolver nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe (50, 66) koaxial zur Revolverschaltachse (42) ausgebildet ist.

4. Werkzeugrevolver nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelgetriebe (46, 52) und das Schaltgetriebe (50, 66) mindestens ein Getriebeelement (48) gemeinsam haben.

5. Werkzeugrevolver nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe (50, 66) als Planetenradgetriebe ausgebildet ist.

6. Werkzeugrevolver nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringrad (48) des Planetenradgetriebes (50, 66) auch ein Kegelrad (52) des Winkelgetriebes (46, 52) bildet.

7. Werkzeugrevolver nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (62) fest mit dem Revolverkörper (40) verbunden und die Hauptantriebswelle (68) in Richtung der Revolverschaltachse (42) zwischen drei Stellungen verschiebbar und derart ausgebildet ist, daß sie in einer ersten Stellung nur mit einem Planetenrad (60) in Antriebsverbindung steht, in einer dritten Stellung nur mit dem Ringrad (48) in Antriebsdrehverbindung steht und in einer zweiten, mittleren Stellung sowohl mit dem Planetenrad (60) als auch mit dem Ringrad (48) drehfest verbunden ist.

8. Werkzeugrevolver nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringrad (48) einen Innenzahnkranz (64) aufweist und die Hauptantriebswelle (68) einen Außenzahnkranz (66) besitzt, welcher in die Verzahnung des Planetenrades (60) und in den Innenzahnkranz (64) des Ringrades (48) einschiebbar ist.

9. Werkzeugrevolver nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (100) über ein Getriebe (104, 102) und die Hauptantriebswelle (68) mit dem Schaltgetriebe (50) in Drehantriebsverbindung steht.