DE3731280C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugwechsler für pro­ grammgesteuerte Universal-Fräs- und Bohrmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Werkzeugwechsler zum automatisierten Wechseln der Werkzeu­ ge sind zusammen mit entsprechenden Werkzeugmagazinen we­ sentliche Bauteile moderner programmgesteuerter Werkzeug­ maschinen, weil sie eine zügige komplexe Bearbeitung auch komplizierterer Werkstücke mit verschiedenartigen Werkzeu­ gen ermöglichen. Die Wechselvorgänge selbst sowie die da­ bei vom Wechsler bzw. vom Werkzeugmagazin durchzuführenden Bewegungen werden von der Steuereinheit der Werkzeugma­ schine entsprechend dem eingegebenen Programm gesteuert. Aufgrund ihrer herausragenden Bedeutung für die Bearbei­ tungsleistung der jeweiligen Werkzeugmaschine sind ver­ schiedene Werkzeugwechsler bekannt geworden, die in mehr oder weniger starkem Maße an die Konstruktion und Arbeits­ weise der zugehörigen Werkzeugmaschine angepaßt sind. Allen bekannten Wechslerausführungen ist die Forderung ge­ meinsam, die einzelnen Wechselvorgänge innerhalb kürzester Zeiten durchzuführen, um dadurch die notwendigen Totzeiten der Maschine klein zu halten. Erreicht werden diese Forde­ rungen in der Regel nur durch einen entsprechend hohen technischen Aufwand aufgrund der Dimensionierung der An­ triebe und der bewegten Teile sowie der Steuerungen, der bei z. B. größeren Bearbeitungszentren auch kostenmäßig gerechtfertigt ist, bei kleineren Werkzeugmaschinen jedoch von den Abnehmern und Benutzern häufig nicht akzeptiert wird.

So ist beispielsweise aus dem DE-GM 86 28 623.4 ein Werk­ zeugwechsler für programmgesteuerte Universal-Fräs- und Bohrmaschinen bekannt, der die Vertikalspindel ebenso wie die Horizontalspindel bedient. In einer Seitenwand des Ma­ schinenständers ist ein horizontaler Querholm starr befe­ stigt, auf dem ein Tragarm axial verschiebbar und in einem vorgegebenen Winkelbereich motorisch schwenkbar gelagert ist. An diesem parallel zur Ständerwand verlaufenden Trag­ arm ist ein nach rückwärts abgekröpfter Träger drehfest und axial verschiebbar montiert, der einen um seine Längs­ achse verdrehbaren Querarm mit einer senkrecht zu dessen Längsachse angeordneter Greiferzange trägt. Bei diesem be­ kannten Werkzeugwechsler führen der Tragarm, der an seinem Ende montierte Träger, der Querarm und die Greiferzange bei dem Wechselvorgang unterschiedliche Bewegungen aus, die von jeweils gesonderten Antrieben erzeugt werden. Die für möglichst schnelle und genaue Bewegungen ausgelegten Arme sowie die entsprechend dimensionierten Antriebe incl. ihrer hydraulischen und elektrischen Energiezuführungen erfordern einen erheblichen technischen Aufwand.

Aus der DE-OS 21 10 943 ist ein Werkzeugwechsler für ins­ besondere Koordinatenbohrmaschinen bekannt, der auf einem neben der Bohrmaschine angeordneten Bett mehrere Tragsäu­ len zur vertikalen Führung eines horizontalen Teleskoparms aufweist. Am vorderen Ende dieses in einer Horizontalebene verschwenkbaren Teleskoparms ist ein Kopf mit zwei unab­ hängig arbeitenden Greifern gelagert. Diese Greifer können mit Hilfe eines exzentrisch zur Kopfachse angeordneten Ar­ beiszylinders aus- und eingefahren werden. Durch eine Schwenkbewegung des Teleskoparms und durch dessen Verdre­ hung kann ein bestimmtes Werkzeug dem seitlich hinter der Bohrspindel angeordneten Magazin entnommen und gegen ein in der Spindel befindliches Werkzeug ausgetauscht werden. Bei diesem bekannten Wechsler sind eine Vielzahl von ein­ zeln bewegbaren Bauteilen mit jeweils gesonderten Antrie­ ben notwendig. Darüber hinaus ergeben sich aufgrund der Bewegungsabläufe der verschiedenen Bauteile relativ lange Wechselzeiten.

Bei anderen bekannten Werkzeugwechslern z. B. gemäß US-PS 43 12 111 bzw. DE-OS 30 17 613 ist an einer Seitenwand der Werkzeugmaschine ein Tragholm befestigt, an dem die Wechs­ lereinheit längs verfahrbar montiert ist. Am unteren Ende einer vertikal ausfahrbaren Tragsäule ist ein Tragarm ho­ rizontal schwenkbar gelagert, der an seinem freien Ende eine bewegliche Greiferzange trägt. Durch eine vertikale Ausfahr- und Schwenkbewegung des Tragarmes werden die Greiferzangen in Eingriff mit den jeweils zu wechselnden Werkzeugen im seitlich hinter der Maschine angeordneten Magazin bzw. in der Arbeitsspindel gebracht. Auch diese bekannten Werkzeugwechsler sind aufgrund der Vielzahl an gesondert bewegbaren Einzelteilen technisch aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Werkzeugwechsler für programmgesteuerte Fräs- und Bohrmaschinen mit einer Tischkonsole für den Werkstücktisch und mit einem verti­ kalen Fräskopf zu schaffen, der insbesondere für den Ein­ satz an kleineren Werkzeugmaschinen kompakt und konstruk­ tiv einfach ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Werkzeugwechsler erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Werkzeugwechsler existieren lediglich zwei Bauteile, die gesonderte Schwenkbewegungen ausführen, wobei durch die Anordnung der Säule auf der vertikal verfahrbaren Tischkonsole Vertikal­ bewegungen des gesamten Werkzeugwechslers für den Ein- und Ausbau der einzelnen Werkzeuge in die Vertikalspindel bzw. in das Werkzeugmagazin möglich sind, ohne daß hierzu ge­ sonderte Antriebsmittel benötigt werden. Da die Schwenkbe­ wegung der Greiferzange von der Schwenkbewegung der als Tragarm ausgebildeten Halterung abgeleitet ist, kann für diese gleichzeitig ablaufenden Bewegungen in der Horizon­ talen nur ein einziger gesonderter Antrieb verwendet wer­ den. Aufgrund der Gegensinnigkeit der beiden Schwenkbewe­ gungen des Tragarms und der Greiferzange wird nur ein ge­ ringer Freiraum für die Wechselvorgänge benötigt.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist Gegen­ stand des Patentanspruchs 2.

Die Ableitung der horizontalen Greiferzangen-Bewegung kann durch geeignete Getriebe, insbesondere Ketten, Zahnriemen, Zahn- bzw. Kegelradpaare mit Verbindungswellen, Zahnstan­ gen o. dgl. erfolgen. Bei Verwendung von Ketten oder Zahn­ riemen wird dieses Getriebeelement mit seinen beiden Enden an einem mit der Säule fest verbundenen Bauteil festgelegt und innerhalb des Tragarms um ein Zahnrad geführt, das an der vertikalen Antriebswelle der Greiferzange befestigt ist. Eine von einem hydraulischen oder pneumatischen Stellzylinder oder auch von einer Zahnstange erzeugte Schwenkbewegung des Tragarms um die Mittelachse der ver­ tikalen Säule bewirkt über die Kette oder den Zahnriemen eine entsprechende Verdrehung des Zahnrades und damit der Greiferzange um einen vorbestimmten Winkel. Die Längen des Tragarms und der Greiferzange sind so aufeinander abge­ stimmt, daß die Greiferzange am Ende ihrer jeweiligen Schwenkbewegung zumindest angenähert radial auf die ver­ tikale Achse des Fräskopfes bzw. der in der Werkzeugwech­ selposition befindlichen Werkzeugaufnahme des Werkzeugma­ gazins vorgeschoben wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Werkzeugwechsler mit den Be­ wegungsbahnen seines Schwenkarms und der Greifer­ zange;

Fig. 2 den Werkzeugwechsler in Seitenansicht mit teil­ geschnitten dargestelltem Tragarm;

Fig. 3, 4 den Werkzeugwechsler in perspektivischer An­ sicht beim Einwechseln eines Werkzeuges in den vertikalen Fräskopf und in ein horizontal angeord­ netes Kettenmagazin.

Der dargestellte Werkzeugwechsler ist für eine Fräs- und Bohrmaschine konzipiert, deren horizontal verschiebbarer Spindelstock 1 an seiner Stirnseite einen vertikalen Fräs­ kopf 2 mit einer darin gelagerten drehangetriebenen Ar­ beitsspindel 3 trägt. An stirnseitigen Senkrecht-Führungen 4 des Maschinenständers 5 ist eine Tischkonsole 6 motorisch verschiebbar geführt, die an ihrer einen Seite eine verti­ kal nach oben gerichtete Säule 7 trägt. Bei dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel ist - wie in Fig. 2 darge­ stellt - auf einem zentralen Zapfen 8 der Säule 7 ein horizontaler Tragarm 9 mittels eines hohlzylinderischen La­ geransatzes 10 gelagert. Dieser Tragarm 9 endet in einem ebenfalls vertikalen hohlzylindrischen Lageransatz 11, in dem zentral der Wellenzapfen 12 einer horizontalen Grei­ ferzange 13 gelagert ist. Auf das obere verjüngte Ende des mit der Säule 7 fest verbundenen Lagerzapfens 8 ist ein Kettenrad 14 drehfest aufgekeilt, um welches die Endloskette 15 geführt wird. Die Kette 15 läuft über ein Zahnrad 16, das auf dem verjüngten Endabschnitt des Wellenzapfens 12 drehfest aufgekeilt ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich enthält die Greiferzange 13 zwei seitlich auslenkbare Greifer 17, 18, die von einer in der Greiferzange 13 quer eingebauten Feder 19 unter einer Vorspannung gehalten werden und an ihren Greiforganen Schrägflächen aufweisen, die beim Anfahren des jeweiligen Werkzeugkegels eine Aufspreizung gegen die Zugkraft der Feder 19 bewirken.

Wie in den Fig. 1, 3 und 4 gezeigt, ist an der Säule 7 eine horizontale Konsole 20 fest montiert, auf welcher ein Stellzylinder 21 mit seinem hinteren Ende angelenkt ist, dessen Kolbenstange 22 an einem radialen Ansatz 23 gelenkig angreift. Dieser radiale Ansatz 23 ist mit dem Lageransatz 10 des Tragarms 9 drehfest verbunden.

Neben dem Spindelstock ist horizontal ein Werkzeugmagazin 25 angeordnet, dessen um ein vorderes Kettenrad 26 geführ­ te Kette 27 hohlzylindrische Aufnahmen 28 trägt, in die die Werkzeuge 29 mit ihren standardisierten Kegeln verti­ kal von unten in eine Klemmhalterung eingeschoben werden.

Im folgenden werden Wechselvorgänge anhand der Zeichnung beschrieben.

Für jeden Wechselvorgang wird die die Säule 7 tragende Tischkonsole 6 des - nicht dargestellten - Werkstücktischs in eine Wechselposition verfahren, in welcher die Schwenkbewegungen der Wechslerteile nicht mit anderen Bauteilen kollidieren können. In diesem Zustand befindet sich der Tragarm 9 in der in Fig. 1 angedeuteten Ruheposition 30. Zum Beschicken der noch leeren Arbeitsspindel 3 wird der Tragarm 9 durch eine vorbe­ stimmte Einziehbewegung der Kolbenstange 22 in die Posi­ tion 31 verschwenkt, in welcher die beiden Greifer 17, 18 auf die Mittelachse des in seiner vorderen Wechselposition des Werkzeugmagazins 25 befindlichen Werkzeuges 29 zentriert sind und den Werkzeugkegel des betreffenden Werkzeugs 29 seitlich umgreifen. Durch eine Vertikalbewegung der Tischkonsole 6 nach unten wird das Werkzeug 29 mit seinem Kegel aus der hohlzylindrischen Schutzhülse 28 des Werkzeugmagazins herausgezogen. Sobald der Werkzeugkegel vollständig von der Schutzhülse 28 frei­ gekommen ist, erfolgt eine erneute Schwenkbewegung des Tragarms 9 in die Position 32 in Fig. 1, wobei sich die Achse des Wellenzapfens 12 auf dem Kreisbogen 33 bewegt. Diese Schwenkbewegung des Tragarms 9 wird von dem Ketten­ trieb 14, 15, 16 in eine gegenläufige Schwenkbewegung der Greiferzange 13 umgesetzt, wobei sich das Werkzeug 29 mit seiner vertikalen Achse auf der bogenförmigen Bahn 34 be­ wegt. Die Längen des Tragarms 9 und der Greiferzange 13 sowie die Verhältnisse des Kettentriebs sind so gewählt und aufeinander abgestimmt, daß die beiden Greifer 17, 18 das Werkzeug 29 radial in die Achse der Arbeitsspindel 3 heranfahren. Durch eine Vertikalbewegung der Tischkonsole 6 nach oben wird das Werkzeug 29 durch Einspannen seines Kegels in die Arbeitsspindel eingespannt. Daraufhin kehrt der Tragarm 9 in seine Ruheposition 30 zurück, wobei die beiden Greifer 17, 18 mit Hilfe von Schrägflächen ge­ spreizt werden und dadurch vom Werkzeugkegel frei kommen.

Der Ausbau eines "alten" Werkzeuges aus der Arbeitsspindel, die Ablage dieses Werkzeuges in einem freien Platz des Werkzeugmagazins sowie das Einsetzen eines neuen Werkzeuges aus dem Magazin in die Arbeitsspindel vollziehen sich in entsprechender Weise.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungs­ beispiel beschränkt. So kann beispielsweise die Säule 7 drehbar in der Tischkonsole gelagert und drehfest mit dem Trag­ arm 9 verbunden sein, was eine verdeckte Anordnung des Stellantriebs 21, 22 in der Tischkonsole ermöglicht. Bei dieser Ausführung ist jedoch für die Ableitung der Schwenkbewe­ gung der Greiferzange 13 von der Schwenkbewegung des Trag­ armes 9 ein anderes Übertragungsmittel erforderlich. Fer­ ner können statt des Stellzylinders 21, 22 auch andere An­ triebsaggregate, wie elektrische oder hydraulische Moto­ ren, verwendet werden.

Claims (2)

1. Werkzeugwechsler für programmgesteuerte Universal-Fräs- und Bohr­ maschinen mit vertikalem Fräskopf mit vertikal beweg­ barer Tischkonsole und mit einem seitlich hinter dem Fräskopf horizontal angeordneten Werkzeugmagazin, wobei der Werkzeugwechsler eine vertikale Säule und einen daran horizontal schwenkbar gelagerten Tragarm aufweist, an dessen freiem Ende eine Greiferzange beweg­ lich gelagert ist, welche durch eine Schwenkbewegung des Tragarms die ausgewählten Werkzeuge aus der Über­ gabeposition des Werkzeugmagazins zur Arbeitsspindel - und umgekehrt - überführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (7) seitlich auf der Tischkonsole (6) mon­ tiert ist und
daß die Greiferzange (13) bei der Schwenkbewegung des Tragarms (9) eine davon abgeleitete gegensinnige Schwenkbewegung ausführt.

2. Werkzeugwechsler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegensinnige Schwenkbewegung der Greiferzange (13) von der Schwenkbewegung des Tragarms mit Hilfe eines Zahnriemens- bzw. Kettentriebs (14, 15, 16) abge­ leitet ist.