DE3735384A1

DE3735384A1 - Automatische werkzeugwechselvorrichtung

Info

Publication number: DE3735384A1
Application number: DE19873735384
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Kobayashi; Hiroaki Nomura
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1987-10-19
Publication date: 1988-05-19
Anticipated expiration: 2007-10-20
Also published as: JPS63123646A; US4833772A; GB8726375D0; DE3735384C2; GB2198375A; KR880005999A; KR930009403B1; JPH0460777B2; GB2198375B

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Werkzeugwechsel vorrichtung (ATC-Vorrichtung) zur Verwendung bei einer Werkzeugmaschine.

Bei einer üblichen Werkzeugwechselvorrichtung, wie bei einem Bearbeitungszentrum, ist ein Dreharm, der einen Wech sel eines Werkzeuges zwischen einem Werkzeugmagazin und einer Hauptspindel vornimmt, an einem stationären Teil, wie einem säulenförmigen Ständer, angeordnet. Ferner wer den die aufeinanderfolgenden Werkzeugwechselvorgänge, wie das Halten des Werkzeuges, mit Hilfe von Werkzeughaltegrei fern, die Werkzeugentnahme, die Drehung des Werkzeuges um 180°, das Einführen eines neuen Werkzeuges und das Einspan nen des Werkzeuges jeweils von Hydraulikzylindern ausgeführt und die Ausführung jedes Arbeitsschrittes wird durch einen Grenzschalter für die Ausführung des darauffolgenden Arbeits schrittes erfaßt.

Bei dieser Auslegung ist es erforderlich, daß der Haupt spindelkopf in die Werkzeugwechselposition verschoben wer den muß, d.h. in die Position, an der der Dreharm angeordnet ist. Diese Verschiebung des Hauptspindelkopfes kann den ge samten Vorgang verlängern.

Ferner wird während des Werkzeugwechselvorganges das Ende jedes Schrittes bestätigt und dann wird der nächste Schritt ausgeführt. Diese aufeinanderfolgenden Schritte ermöglichen keine Ausführung von überlappenden Schritten, so daß ein sol cher Arbeitsablauf zeitintensiv wird.

Da ferner Hydraulikzylinder als Antriebseinrichtungen vor gesehen sind, ist es äußerst schwierig, die Beschleunigung oder die Verzögerung während des Arbeitens zu steuern, und ein Hochgeschwindigkeitsablauf läßt sich bei der üblichen Vorrichtung nicht erzielen.

Beispiele von üblichen Werkzeugwechseleinrichtungen sind in den japanischen veröffentlichten Patentanmeldungen No. 58-45 836, No. 60-2 28 047, No. 61-1 64 743 und in dem japa nischen veröffentlichten Patent No. 59-32 257 beschrieben.

Die Erfindung zielt darauf ab, die vorstehend genannten Schwierigkeiten zu überwinden und eine verbesserte automa tische Werkzeugwechselvorrichtung bereitzustellen.

Ferner bezweckt die Erfindung, eine solche Vorrichtung be reitzustellen, die fähig ist, mit hoher Geschwindigkeit einen Werkzeugwechselvorgang auszuführen.

Auch soll nach der Erfindung eine solche Vorrichtung be reitgestellt werden, mit der sich die Werkzeugwechselzeit minimalisieren läßt.

Auch bezweckt die Erfindung, eine verbesserte Werkzeugwech selvorrichtung bereitzustellen, bei der einige Werkzeug wechselschritte gleichzeitig ausgeführt werden.

Ferner soll nach der Erfindung eine verbesserte Vorrichtung bereitgestellt werden, bei der der Werkzeugwechselvorgang unabhängig von der Position des Hauptspindelkopfes durchführ bar ist.

Weiterhin hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, eine ver besserte Vorrichtung bereitzustellen, die fähig ist, einen stabilen Werkzeugweiterschaltvorgang in einem Werkzeugmaga zin vorzunehmen.

Schließlich zielt die Erfindung auch darauf ab, eine ver besserte Vorrichtung bereitzustellen, bei der die Arbeits weise vereinfacht ist und sich der Arbeitsablauf leicht steuern läßt.

Erfindungsgemäß ist eine solche Auslegung vorgesehen, daß eine Mehrzahl von Nockenelementen, die unter Bildung eines Stückes an einer Antriebswelle vorgesehen sind, und zuge ordnete mechanische Teile vorgesehen sind, die in Abhängig keit von den Nockenelementen arbeiten. Kurz gesagt, wird nach der Erfindung eine erste Hülse drehbar mittels eines Hauptspindelkopfes gelagert und eine zweite Hülse ist gleit beweglich in axialer Richtung hierzu bezüglich der ersten Hülse angeordnet und dreht sich zusammen mit der ersten Hülse. Ein Endabschnitt der zweiten Hülse ist mit einem Dreharm ver sehen, an dem Werkzeughaltegreifer und eine Einrichtung zum Öffnen und Schließen der Greifer vorgesehen sind. Durch Dre hung des Dreharmes um eine Achse der zweiten Hülse und durch eine Verschiebung des Dreharmes in axialer Rich tung, bezogen auf die zweite Hülse, wird ein Werkzeug in der Hauptspindel durch ein Werkzeug in dem Werkzeugmagazin ersetzt. Die Antriebswelle, die durch einen Antriebsmotor angetrieben wird, der an dem Hauptspindelkopf angebracht ist, ist am Hauptspindelkopf drehbar gelagert. Die Antriebs welle hat einteilig damit verbundene erste bis vierte Nockenelemente. Jedes Nockenelement steuert verschiedene Werk zeugwechselablaufschritte, die mittels einer Nockenweiter schalteinrichtung, einer zweiten Hülsenaxialantriebseinrich tung, einer Werkzeughaltegreiferantriebseinrichtung zum Öff nen und Schließen der Werkzeughaltegreifer und einer An triebseinrichtung für die lösbare Halterung des Werkzeuges ausgeführt werden. Die Nockenweiterschalteinrichtung dient dazu, die erste Hülse um ihre Achse zu drehen und die Dreh winkelposition derselben in Abhängigkeit von der ersten Nocke (37) zu steuern. Die zweite Hülsenaxialantriebsein richtung dient dazu, die zweite Hülse in axialer Richtung hin und her zu bewegen und die axiale Position in Abhängig keit von der zweiten Nocke (42) zu steuern. Die Werkzeug haltegreifantriebseinrichtung dient zum Antreiben einer Ein richtung zum Öffnen und Schließen der Werkzeughaltegreifer in Abhängigkeit von der dritten Nocke (47). Die Antriebs einrichtung für die lösbare Werkzeughalterung in der Haupt spindel dient zum Spannen und Lösen des Werkzeuges in Ab hängigkeit von der vierten Nocke (51).

Bei dieser Auslegung werden vier Sätze von Nocken 37, 42, 47, 51 durch die Drehung einer einzigen Antriebswelle beim Einschalten des Antriebsmotors betätigt und im Anschluß an die Nockenbetätigung werden kontinuierlich aufeinanderfol gend Werkzeugwechselvorgänge, wie das Halten des Werkzeuges durch die Werkzeughaltegreifer, das Lösen des Werkzeuges von der Hauptspindel, die Entnahme des Werkzeuges aus der Hauptspindel und aus dem Werkzeugmagazin durch die Abwärts bewegung des Dreharmes, die Werkzeugpositionsersetzung durch die Drehung des Dreharmes, das Einführen eines neuen Werkzeuges in die Hauptspindel und in das Werkzeugmagazin durch eine aufwärts gerichtete Bewegung des Dreharmes, Span nen des Werkzeuges an der Hauptspindel und das Lösen des Werkzeuges von den Werkzeughaltegreifer durch Öffnen der selben ausgeführt. Aufgrund des Arbeitens in Abhängigkeit von den Nocken werden alle Arbeitspositionen genau in Abhän gigkeit von der Drehwinkelposition der Antriebswelle gesteuert, wobei die Winkelposition einen speziellen vertikalen Nocken höhenwert oder einen Radialabstandswert des Nockens relativ zur Antriebswelle vorgibt. Der kontinuierliche Ablauf er folgt ferner ohne eine Bestätigung des Endes der jeweiligen Schritte vor der Ausführung des anschließenden Schrittes. Ferner kann ein Teil des Arbeitsablaufes sich mit anderen Arbeitsablaufschritten überlappen. Die Nockenformen sind ent sprechend derart gewählt, daß die Beschleunigung oder Verzö gerung jedes Arbeitsablaufes optimal gesteuert werden kann und daß ein gleichförmiger, mit hoher Geschwindigkeit durch führbarer Werkzeugwechselvorgang vorgenommen werden kann.

Da ferner der Dreharm am Hauptspindelkopf angeordnet ist, kann der Werkzeugwechselvorgang unabhängig von der Position des Hauptspindelkopfes ausgeführt werden, so daß man eine minimale Werkzeugwechselzeit erhält.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines be vorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer automatischen Werkzeugwechselvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht zur Verdeut lichung eines äußeren Erscheinungsbildes der Vorrichtung,

Fig. 3 eine Draufsicht von Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung einer zweiten Hülse,

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI in Fig. 4 zur Verdeutlichung einer parallelen Nocke (erste Nocke),

Fig. 7 eine Schnittansicht längs der Linie VII-VII in Fig. 4 zur Verdeutlichung einer ersten, mit einer Umfangsausnehmung versehenen Nocke (zweite Nocke),

Fig. 8 eine Schnittansicht längs der Linie VIII-VIII in Fig. 4 zur Verdeutlichung einer mit einer ebenen Oberfläche versehenen, vertiefte Nocke (dritte Nocke),

Fig. 9 eine Schnittansicht längs der Linie IX-IX in Fig. 8,

Fig. 10 eine Schnittansicht längs der Linie X-X in Fi gur 5 zur Verdeutlichung eines Dreharmes,

Fig. 11 eine Schnittansicht längs der Linie XI-XI in Fig. 4 zur Verdeutlichung einer zweiten mit Vertiefung versehenen Umfangsnocke (vierte Nocke),

Fig. 12 eine Schnittansicht längs der Linie XII-XII in Fig. 11,

Fig. 13 eine Schnittansicht längs der Linie XIII-XIII in Fig. 11 zur Verdeutlichung einer Haupt spindel,

Fig. 14 eine Schnittansicht längs der Linie XIV-XIV in Fig. 3 zur Verdeutlichung eines Werkzeug magazins,

Fig. 15 ein Zeitablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Erfindung, und

Fig. 16 ein Arbeitsablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Erfindung.

Eine bevorzugte Ausbildungsform nach der Erfindung wird nach stehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung eines Bearbeitungszentrums (M.C.), an dem eine Werkzeugwech selvorrichtung nach der Erfindung angebracht ist und Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Werkzeugwechselvorrichtung. Wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist, trägt ein säulenförmi ger Ständer 2, der in vertikaler Richtung ausgehend von einem Grundteil 1 verläuft, einen Hauptspindelkopf 3. Der Haupt spindelkopf 3 ist vertikal längs einer linearen Führung 4 beweglich, die fest am säulenförmigen Ständer 2 angebracht ist und die in Drehung durch eine Vorschubspindel 6 versetzt wird, die mit einem Z-Richtungsantriebsmotor 5 verbunden ist, der an einem oberen Teil des säulenförmigen Ständers 2 angebracht ist. Auf dem Grundteil bzw. Bett 1 ist ein Tisch 7 angeordnet, der in einer horizontalen Ebene (X- und Y-Rich tungen) beweglich ist. An dem Hauptspindelkopf 3 sind eine Hauptspindelmotorantriebswelle 10 an der Oberseite, eine Hauptspindel 11 an der Unterseite und ein Werkzeugmagazin an der Seite angebracht. Ein Magazinmotor 12 ist am Werk zeugmagazin 8 vorgesehen, um das letztgenannte zu einem der darin aufgenommenen Werkzeuge weiterzuschalten. Ferner ist eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung (ATC) am Hauptspindelkopf 3 untergebracht, um Werkzeuge zwischen dem Werkzeugmagazin 8 und der Hauptspindel 11 auszutauschen. Die automatische Werkzeugwechselvorrichtung umfaßt einen Dreharm 16 und einen Werkzeugwechselantriebsmotor 17 (ATC-Motor). Der Dreharm 16 ist an beiden Längsenden mit Werkzeughaltegreifern 15 versehen.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der wesentlichen Einzelheiten der Werkzeugwechselvorrich tung nach der Erfindung. In Fig. 1 wird die Drehung des ATC-Motors 17 auf eine Werkzeugwechselantriebswelle (ATC- Antriebswelle) 23 über eine Schnecke 21 und ein Schnecken rad 22 übertragen. Die ATC-Antriebswelle 23 ist am Haupt spindelkopf 3 mit Hilfe von Lagern 24 und 25 drehbar gela gert. Die ATC-Antriebswelle 23 ist mit ersten bis vierten Nocken 37, 42, 47 und 51 versehen, die wesentliche Merkmale nach der Erfindung darstellen.

Andererseits ist eine erste Hülse 26 drehbar am Hauptspindel kopf 3 mit Hilfe von Lagern 27, 28 gelagert. Die erste Hülse 26 hat eine innere Umfangsfläche, die mit einem Keilwellen teil 29 versehen ist, der in Eingriff mit einem Keilabschnitt 31 einer zweiten Hülse 30 ist. Die zweite Hülse 30 ist eben falls an dem Hauptspindelkopf 3 an den oberen und unteren Abschnitten mittels der inneren Umfangsfläche der ersten Hülse 26 und eines metallischen Lagers 32 jeweils gelagert. Die zweite Hülse 30 ist zusammen mit der Drehbewegung der ersten Hülse 26 drehbar und sie ist aufgrund der Keilverbindung axial bewegbar. Der Dreharm 16 ist mit dem unteren Endab schnitt der zweiten Hülse 30 verbunden, deren Mittelachse als eine Drehachse des Dreharmes 16 dient. In dem Dreharm 16 ist eine Einrichtung zum Öffnen und Schließen der Werk zeughaltegreifer 15 untergebracht (diese Einrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 10 näher erläutert). Ein Drehstab 33 ist in Eingriff mit einem An triebsabschnitt der Einrichtung zum Öffnen und Schließen des Greifers. Der Drehstab 33 erstreckt sich durch die zweite Hülse 30 und ist am Hauptspindelkopf 3 drehbar gelagert. Bei der Drehung des Drehstabes 33 werden die Greifer geöffnet oder geschlossen. Das Werkzeug 13 wird zwischen der Haupt spindel 11 und einer Werkzeugaufnahme 34 des Werkzeugmaga zins 8 durch Ausführen einer Schwing- bzw. Drehbewegung des Dreharmes 16 und durch eine vertikale Verschiebung desselben ausgetauscht, da der Drehstab 33 drehbar ist und die zweite Hülse 30 axial bewegbar ist.

Die erste Nocke, die an der ATC-Antriebswelle 23 angebracht ist, umfaßt Verbundsteuerscheibennocken 35, 36, um hier durch eine parallele oder überlagerte Nocke 37 zu bilden. Die zwei Steuerplattennocken 35, 36 sind in Kämmeingriff mit angetriebenen Rollen 39, 40 eines Antriebsstückes 38, das einteilig mit der ersten Hülse 26 vorgesehen ist, so daß die Drehwinkelposition der ersten Hülse 26 definiert ist. Dies bedeutet, daß die erste Hülse 26 intermittierend um 180° bei einer einzigen Umdrehung der ATC-Antriebswelle 23 ver dreht wird. (Diese Einrichtung wird nachstehend näher unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert).

Die zweite Nocke, die an der ATC-Antriebswelle 23 angebracht ist, wird von einer in Umfangsrichtung mit einer Vertiefung versehenen Nocke 42 (erste mit Vertiefung versehene Nocke) gebildet, die an einer Außenumfangsfläche eines zylindrischen Elements 41 einteilig mit der Welle 23 ausgebildet ist. Ein Schwinghebel 23 ist in Abhängigkeit von der Auslegung der mit einer Vertiefung versehenen Nocke 42 schwenkbeweglich und der Schwenkhebel 43 hat ein Kontaktstück 44, das in Ein griff mit einer Ringnut 45 ist, die an einer äußeren Um fangsfläche der zweiten Hülse 30 ausgebildet ist, so daß die zweite Hülse 30 in ihre axiale Richtung beweglich ist und ihre axiale Bewegung durch die zweite Nocke 42 reguliert wird. Die zweite Hülse 30 führt eine intermittierende einzi ge hin- und hergehende Bewegung pro einer einzigen Umdrehung der ATC-Antriebswelle 23 aus. (Diese Einrichtung wird nach stehend näher unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 7 er läutert).

Die dritte Nocke, die an der ATC-Antriebswelle 23 angebracht ist, wird von einer oberen Fläche eines scheibenförmigen Teils 46 gebildet, das einteilig mit der Welle 23 ausgelegt ist. Die dritte Nocke hat die Form einer mit Vertiefung ver sehenen Nocke 47, die in einer ebenen Fläche des scheibenför migen Teils 46 vorgesehen ist. Eine Zahnstange 48 ist in Längsrichtung in Abhängigkeit von der mit der Nut versehenen Nocke 47 bewegbar und die Zahnstange ist in Kämmeingriff mit einem Zahnrad 49, das an der Drehstange 33 angebracht ist. Somit steuert die dritte Nocke 47 die Drehwinkelposition der Stange 33. (Diese Einrichtung wird nachstehend näher unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 beschrieben). Die Werkzeughaltegreifer 15 werden in Abhängigkeit von der Dreh winkelposition des Drehstabes 33 geöffnet oder geschlossen.

Die vierte Nocke wird von einer in Umfangsrichtung vorge sehenen vertieften Nocke 51 (zweite mit Vertiefung verse hene Nocke) gebildet, die an einer äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Elements 41 einteilig mit der Welle 23 ausgebildet ist. Die mit einer Vertiefung bzw. Nut versehene Nocke 51 ist in Eingriff mit einem Ende eines Schwenkelements 52, dessen anderes Ende in Eingriff mit einem Werkzeuglöse stift 54 ist, der mit einer Zugstange 53 einer lösbaren Werk zeughalteeinrichtung verbunden ist. Die Schwenkbewegung des Hebels 52 drückt den Lösestift 54 derart, daß man einen Zu stand, in dem die Einspannung aufgehoben ist, relativ zum Werkzeug 13 definieren kann, das mit der Hauptspindel 11 verbunden ist. (Diese Einrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 11 bis 13 näher erläutert).

Die vorstehend genannten Einrichtungen werden nachstehend näher erläutert. Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Werk zeugwechselvorrichtung nach der Erfindung und Fig. 4 ist eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 3. In Fig. 4 ist ferner das Werkzeugmagazin 8, das an der lin ken Seite des Hauptspindelkopfes 3 angebracht ist, wegge lassen. Fig. 5 ist eine Vertikalschnittansicht zur Ver deutlichung der zweiten Hülse 30.

Wie am besten aus Fig. 5 zu ersehen ist, ist eine hohle zylindrische Stütze 57 fest mit dem oberen Abschnitt des Hauptspindelkopfes 3 verbunden. Der obere Abschnitt der ersten Hülse 26 ist drehbar an der Stütze 57 mit Hilfe eines Lagers 59 gelagert und der untere Abschnitt der ersten Hül se 26 ist drehbar an einem Stegabschnitt 58 des Hauptspin delkopfes 3 unter Zwischenlage eines Lagers 60 gelagert. Die erste Hülse 26 umfaßt eine Nachlaufeinrichtung 38, die auf die parallele Nocke 37 (erste Nocke) anspricht. Die Nachlaufeinrichtung 38 umfaßt drei Scheibenelemente, die vertikal einander überlagert sind, wie dies in der Zeich nung gezeigt ist und eine Mehrzahl von Nachlaufrollen 39, 40, die von den drei Scheibenelementen getragen werden. Eine innere Umfangsfläche der ersten Hülse 26 ist mit einem Keilwellenteil 29 versehen.

Der obere Abschnitt der zweiten Hülse 30 ist mit einem Keil 31 versehen, der in Eingriff mit der Keilnut 29 der ersten Hülse 26 ist, so daß der obere Abschnitt der zweiten Hülse von der ersten Hülse 26 getragen wird. Der untere Abschnitt der zweiten Hülse 30 ist drehbar und axial bewegbar an dem Hauptspindelkopf 3 mittels eines metallischen Lagers 32 ge lagert. An einem dazwischenliegenden äußeren Umfangsab schnitt der zweiten Hülse 30 ist ein Verbindungselement 61 mit Hilfe eines Gewindes 62 festgelegt. Das Verbindungs element 61 hat eine äußere Umfangsfläche, die mit einer Um fangsnut 45 versehen ist, mit der das Kontaktstück 44 des Schwenkhebels 43 in Eingriff ist. Daher wird die axiale Po sition der zweiten Hülse 30 durch die Schwenkbewegung des Schwenkhebels 43 bestimmt und durch diese aufrechterhalten.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, erstreckt sich der Drehstab 33 durch die zweite Hülse 30. Der Drehstab 33 ist in Eingriff mit einer Einrichtung zum Öffnen und Schließen der Werk zeughaltegreifer 15. Der Drehstab 33 hat einen oberen Ab schnitt, der vom distalen Ende der zweiten Hülse 30 vor steht und der obere Abschnitt ist drehbar an dem Träger 52 mit Hilfe eines Lagers 63 gelagert. Der Drehstab 33 ist nicht in axialer Richtung beweglich. Der obere Endabschnitt des Drehstabes 33 ist mit einem Zahnrad 49 versehen, das in Ein griff mit der Zahnstange 48 (s. auch Fig. 1) ist, die gleit beweglich an dem zylindrischen Träger 57 gelagert ist und die hin- und hergehend in Abhängigkeit von der mit der Ver tiefung versehenen Nocke 47 (dritte Nocke) beweglich ist. In Fig. 5 erstreckt sich die Zahnstange 48 in eine Rich tung senkrecht zur Zeichenebene.

Eine Nockenweiterschalteinrichtung zum Drehantreiben der zweiten Hülse 30 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 erläutert. Fig. 6 ist eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI in Fig. 4. Die beiden Steuerscheiben nocken 35, 36 sind jeweils mit Kreisabschnitten 35 A, 36 A und Nockenbogenabschnitten 35 B, 36 B versehen. Die Nocken bogenabschnitte 35 B, 36 B einer der Steuerscheibennocken sind in Winkelrichtung von dem Nockenbogenabschnitt 36 B, 35 B der anderen Steuerscheibennocke versetzt. Zwischen benach barten drei Scheibenelementen 38, die einteilig mit der er sten Hülse 26 vorgesehen sind, sind vier Nachlaufrollen 39, 40 drehbeweglich in den jeweiligen Räumen zwischen den Schei ben 38 angeordnet, so daß die Nachlaufeinrichtung 38 ge bildet wird, die durch die parallele Nocke 37 betätigt wird. Die vier Rollen 39 in dem oberen Raum sind versetzt zu den vier Rollen 40 im unteren Raum angeordnet, so daß man eine versetzte Anordnung erhält, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die beiden Steuerscheibennocken 35, 36 sind in Kämmeingriff mit wenigstens einer der Nachlaufrollen 39, 40 der jeweili gen vier Rollen.

Wenn die ATC-Antriebswelle 23 in Drehung versetzt wird, wer den die Nockenbogenabschnitte 35 B, 36 B der Steuerscheiben nocken 35, 36 in Eingriff mit den Nachlaufrollen 39, 40 ge bracht, da diese Bogenabschnitte als Zahnradzähne wirken, so daß die Nachlaufeinrichtung 38 verdreht wird, um die er ste Hülse 26 zu drehen. Wenn ferner, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die kreisförmigen Abschnitte 35 A, 36 A in Kontakt mit den Nachlaufrollen 39, 40 sind, liegen die oberen und unte ren Nachlaufrollen 39, 40 zwischen den kreisförmigen Ab schnitten 35 A, 36 A, so daß die Drehung der ersten Hülse 26 unabhängig von der Drehung der Steuerscheibennocken 35, 36 aufhört, solange die kreisförmigen Abschnitte in Kontakt mit den Rollen sind. Jede Steuerscheibennocke 35, 36 hat eine solche Auslegung, daß die Nachlaufeinrichtung 38 um 180° bei einer 180°-Drehbewegung der Steuerscheibennocken verdreht wird und daß die Nachlaufdrehung während der restlichen 180° der Drehung der Steuerscheibennocken aufhört.

Eine Einrichtung zum hin- und hergehenden Bewegen der zwei ten Hülse 30 in axialer Richtung derselben wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 7 näher erläutert. Fig. 7 ist eine Schnittansicht längs der Linie VII-VII in Fig. 4. Der Schwenkhebel 43 hat einen Endabschnitt, der schwenkbeweglich an einer Trennwand 65 des Hauptspindel kopfes 3 mit Hilfe einer Schwenkachse 66 gelagert ist. Der Hebel 43 hat einen Zwischenabschnitt, der mit einer zylin drischen Nockennachlaufeinrichtung 67 versehen ist, die an der Seite vorsteht und der Hebel 43 hat ein freies Ende, das mit einem Kontaktstück 44 in Form einer Rolle versehen ist. Die Nockennachlaufeinrichtung 67 ist in Eingriff mit der zweiten Nocke 42, d.h. der mit einer Umfangsnut verse henen Nocke (erste mit einer Vertiefung versehene Nocke), und das Kontaktstück 44 ist in Eingriff mit der Ringnut 45, die an dem Verbindungselement 61 ausgebildet ist, das fest mit der zweiten Hülse 30 verbunden ist. Bei der Drehung der ATC-Antriebswelle 23 wird die zweite Hülse 30 in vertikaler Richtung und in axialer Richtung derselben bewegt.

Im folgenden wird eine Einrichtung zum Drehen des Drehstabes 33 in Abhängigkeit von der mit einer Vertiefung versehenen Nocke 47 unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 erläutert. Fig. 8 ist eine Schnittansicht längs der Linie VIII-VIII in Fig. 4 und Fig. 9 ist eine Schnittansicht längs der Linie IX-IX in Fig. 8. In diesen Figuren ist ein Zwischen abschnitt eines horizontalen Hebels 31 schwenkbeweglich an einer oberen Wand 70 des Hauptspindelkopfes 3 mit Hilfe einer Schwenkachse 72 angebracht, so daß der Hebel 71 um die Achse 72 in einer horizontalen Ebene schwenkbeweglich ist. Ein Ende des horizontalen Hebels 71 ist mit einer zylindrischen Nocken nachlaufeinrichtung 73 versehen, die nach unten vorsteht und das andere Ende des Hebels ist mit einem zylindrischen Kon taktstück 74 versehen, das nach oben vorsteht. Die zylindri sche Stütze 57, die drehbar den oberen Endabschnitt des Dreh stabes 33 lagert, ist mit einer Führungsöffnung 75 (Fig. 9) versehen, die einen Kreisquerschnitt hat, der ermöglicht, daß die Zahnstange 48 mittels Gleiteingriff durch diese ge hen kann. Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Zahnstange 48 in Eingriff mit dem Zahnrad 49, das an dem oberen Abschnitt des Drehstabes 33 vorgesehen ist. Die Zahnstange hat einen Endabschnitt, der aus der Führungsöffnung 75 vorsteht und der Endabschnitt der Zahnstange 78 ist mit einer Eingriffs ausnehmung 76 versehen, die in Eingriff mit dem Kontakt stück 74 des horizontalen Hebels 71 kommen kann. Die Nockennachlaufeinrichtung 73 ist in Eingriff mit der mit einer Nut versehenen Nocke 47 (dritte Nocke). Wenn die ATC-An triebswelle 23 in Drehung versetzt wird, wird der horizon tale Hebel 71 verschwenkt, um die Zahnstange 48 in ihrer Längsrichtung zu bewegen, wodurch der Drehstab 33 verdreht wird.

Nachstehend wird eine Einrichtung zum Öffnen und Schließen der Werkzeughaltegreifer 15 in Abhängigkeit von der Drehung des Drehstabes 33 unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 10 erläutert. Fig. 10 ist eine Schnittansicht längs der Linie X-X in Fig. 5. Der untere Endabschnitt des Drehstabes 33 ist mit einem zylindrischen Sockel 80 durch einen Bolzen 81 (Fig. 5) versehen. Die äußere Umfangsfläche des Sockels 80 ist in Gleitkontakt mit der inneren Umfangsfläche der zweiten Hülse 30, so daß der untere Endabschnitt des Drehstabes 33 koaxial zur zweiten Hülse 30 ist. Ein Eingriffsbolzen 82 er streckt sich radial von dem unteren Ende des Drehstabes 33 nach außen.

Das untere Ende der zweiten Hülse 30 ist fest mit dem Dreh arm 16 verbunden. An einem inneren Mittelabschnitt des Dreh armes ist eine Zahnwelle 83 mit Hilfe von Lagern 84, 85 ver tikal gelagert. Das obere planare Ende der Ritzelwelle 83 ist mit einer U-förmigen Nut 86 versehen, die in Eingriff mit dem Eingriffsbolzen 82 des Drehstabes 33 kommen kann. Wenn, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die zweite Hülse 30 in ihre oberste Stellung gebracht ist, wird der Eingriffsbolzen 82 in Eingriff mit der U-förmigen Nut 86 gebracht, so daß die Ritzelwelle 83 entsprechend der Drehung des Drehstabes 33 gedreht wird.

In dem Dreharm 16 sind Zahnstangenteile 88 gleitbeweglich längs den Seitenwänden eines Gehäuses 89 angeordnet, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Die Zahnstangenelemente 88 sind in Längsrichtung des Dreharmes beweglich und sie sind in Eingriff mit dem Zahnrad 83 a der Antriebswelle 83. Das Zahnstangenelement 88 hat einen spitzen Endabschnitt 90, der als eine Nut dient, die von dem Gehäuse 89 vorsteht, um hier durch mit einer Nut des Werkzeughalters zusammenzuarbeiten. Die Seitenwand der Zahnstange 88, die in Gleitberührung mit dem Gehäuse 89 ist, wird von zwei V-förmigen Nuten 91, 92 gebildet, die jeweils in vertikaler Richtung verlaufen, während das Gehäuse 89 mit einer Bohrung 93 versehen ist, die sich in horizontaler Richtung an einer Stelle erstreckt, die den V-förmigen Nuten gegenüberliegt. In der Bohrung 93 ist eine Kugel 96 angeordnet, die in Richtung der Nuten mittels einer Schraubenfeder 95 gedrückt wird. Die Vorbe lastungskraft der Feder 95 ist durch eine Schraube 94 regel bar, die in Gewindeeingriff mit der Bohrung 93 ist. Die Ku gel 96 ist selektiv in Eingriff mit einer der V-förmigen Nuten 91, 92 nach Maßgabe einer Vorwärts- oder Rückwärtsbe wegung der Zahnstange 88 bringbar, so daß die Aus- und Ein fahrpositionen der Zahnstange beibehalten werden. Die Zahn stange 88 ist auch mit einem Längsschlitz 97 an seinem Mit telteil versehen, durch den zwei Fixierstifte 98, 99 gehen. Diese Stifte 98, 99 sind fest am Gehäuse 89 angebracht. Auf grund der Bildung des Schlitzes 97 ist die Zahnstange 88 trotz des Vorsehens der Stifte 98, 99 beweglich.

Einer der Werkzeughaltegreifer 15 A ist mit den Fixierstiften 98, 99 mit Hilfe von zwei Hebelteilen 101, 102 verbunden. Jedes Hebelteil 101, 102 ist mit dem Greifer 15 A über Bol zen 103, 104 verbunden und sie sind schwenkbar. Insbesondere sind die Hebel 101, 102, die mit einem der Greifer 15 A ver bunden sind, mit den Fixierstifte 98, 99 an dem oberen Ab schnitt der Zahnstange 88 verbunden, während die anderen He belteile 105, 106, die mit dem anderen Werkzeughaltegreifer 15 B verbunden sind, mit den Fixierstiften 98, 99 an dem unteren Teil der Zahnstange 88 verbunden sind. Das Dreh armgehäuse 89 hat einen freien Endabschnitt, dessen Dicke klein ist, um einen ausreichenden Innenraum zu erhalten, so daß die Schwenkbewegung der Hebel 101, 102, 105, 106 möglich ist, wobei sich dieser Raum in der Nähe des Längs schlitzes 97 befindet.

Wenn die Ritzelwelle 83 durch Antrieb in Drehung versetzt wird, um eine Vor- bzw. Auszugsbewegung des Zahnstangen teiles 88 zu bewirken, drückt ein abgestufter Abschnitt 107 der Zahnstange gegen die Seitenfläche des Hebels 101, so daß der Hebel 101 um den Fixierstift 98 gedreht wird und hierdurch der Werkzeughaltegreifer 15 A geschlossen wird. Hierbei wird die Kugel 96 in Eingriff mit der V-förmigen Nut 91 gebracht, um die Zahnstange 88 in dieser Position zu halten. Im Anschluß daran wird das Zahnstangenelement 88 aufgrund der Winkelpositionszuordnung der Hebel 101, 102, 105, 106 selbst dann nicht verschoben, wenn eine mechani sche Zwischenverbindung zwischen der Ritzelwelle 83 und dem Drehstab 33 infolge eines Lösens des Eingriffbolzens 82 des Drehstabes 33 von der U-förmigen Nut 86 nicht vorhanden ist, was bei der nach unten gerichteten Bewegung der zweiten Hülse auftreten kann. Wenn die Ritzelwelle 83 durch die umgekehrte Drehrichtung des Drehstabes 33 in Gegenrichtung gedreht wird, wird die Zahnstange 88 eingefahren, so daß ein abgestufter Abschnitt 108, der an dem vorderen Abschnitt des Zahnstangen elements 88 ausgebildet ist, gegen die Seitenwandfläche des Hebelelements 102 (das Hebelelement 102 wird in Uhrzeiger richtung in Fig. 10 verdreht) zum Öffnen des Werkzeughalte greifers 15 A gedrückt. Eine Einrichtung zum Antreiben der lösbaren Werkzeughalteeinrichtung wird nachstehend unter Be zugnahme auf die Fig. 11 bis 13 näher erläutert, wobei Fig. 11 eine Schnittansicht längs der Linie XI-XI in Fig. 4, Fig. 12 eine Schnittansicht längs der Linie XII-XII in Fig. 11, und Fig. 13 eine Schnittansicht längs der Linie XIII- XIII in Fig. 11 ist. Hierbei wird die Hauptspindel gezeigt.

Wie in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, wird eine Seiten wand 111 des Hauptspindelkopfes 30 mit einem daran angeform ten vorstehenden Abschnitt 112 versehen, der zur Seite vor steht und in vertikaler Richtung verläuft. Innerhalb des vorstehenden Abschnittes 112 ist ein mit einem Flansch ver sehener Abschnitt 113 vorgesehen, der einen zylindrischen Raum an seiner Innenfläche begrenzt. Ferner hat der Haupt spindelkopf 3 eine innere Trennwand 65, die mit einem Flansch abschnitt 114 versehen ist, der einen zylindrischen Raum be grenzt, wobei dieser Raum etwa der gleiche wie der Raum des Flansches 113 ist. Gleitlager 121, 122 sind in Räumen der Flansche 113, 114 jeweils vorgesehen und Tragstäbe 123, 124 sind vertikal gleitbeweglich mit Hilfe von Lagern 121, 122 jeweils gelagert. An den oberen Endabschnitten der Tragstan gen 123 ist ein Verbindungselement 125 mit Hilfe von Schrau ben 126, 127 befestigt. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, erstreckt sich ein Ende des Verbindungselements 125 durch ein Fenster der Trennwand 65 in eine Kammer, in der die ATC-Antriebs welle 23 angeordnet ist. Am Ende des Verbindungselements 125 ist eine Nockennachlaufeinrichtung 116 drehbeweglich fest an gebracht, die mit der Umfangsnocke 51 (vierte Nocke oder der zweiten mit Vertiefung versehenen Nocke) zusammenarbeitet.

Das Schwenkelement 52 verläuft in einer Richtung senkrecht zu dem Verbindungselement 125. Ein Längsmittelabschnitt des Schwenkelements 52 ist schwenkbeweglich an einer horizontal verlaufenden Achse 117 gelagert, die sich zwischen der Seiten wand 111 und der Trennwand 65 erstreckt, so daß die freien Enden des Schwenkelements 52 in vertikaler Richtung bewegbar sind. Das eine Ende des Schwenkelements 52 ist mit einem gegabelten Abschnitt 118 (Fig. 13) versehen, der in ver tikaler Richtung gabelförmig ausgebildet ist, um den axialen Mittelteil des Verbindungselements 125 (Fig. 11) dazwischen aufzunehmen, während das andere Ende des Schwenkelements 52 mit einem Y-förmigen gegabelten Abschnitt 119 (Fig. 11) versehen ist, der in horizontaler Richtung gabelförmig aus gebildet ist, um den Werkzeuglösestift 54 mit einer Druck kraft zu beaufschlagen, der von der Hauptspindel 11 vor steht.

Wenn die Nockennachlaufeinrichtung 116 in Eingriff mit dem vertikalen unteren Längsabschnitt der in Umfangsrich tung mit einer Nut versehenen Nocke 51 ist, wird der Y-för mige, gegabelte Abschnitt 119 von dem Werkzeuglösestift 54 wegbewegt. Wenn andererseits die Nockennachlaufeinrichtung 116 in Eingriff mit dem vertikal höher liegenden Teil der mit der Nut versehenen Nocke 51 ist, wird der gegabelte Ab schnitt 119 nach unten bewegt, um den Stift 54 mit einer Druckkraft zu beaufschlagen.

Eine lösbare Werkzeughalteeinrichtung wird nachstehend un ter Bezugnahme auf Fig. 13 näher erläutert. Die Einrich tung ist derart beschaffen und ausgelegt, daß das Werkzeug 13 fest mit der Hauptspindel verbindbar ist. Das Werkzeug umfaßt einen Spanndorn 130 und einen Zugbolzen 131. Der axiale Endabschnitt der Hauptspindel 11 ist mit einer koni schen Öffnung 132 versehen, in die der Spanndorn 130 eng sitzend paßt. Die konische Öffnung 132 steht in Verbindung mit einer Spannpatronenkammer 133, die oberhalb der Öffnung 132 angeordnet ist und eine zylindrische Spannpatrone 134 ist axial gleitbeweglich in der Spannpatronenkammer 133 an geordnet. Eine Vielzahl von konischen Öffnungen 135 ist an einem Umfangsabschnitt der Spannpatrone 34 ausgebildet und Kugeln 136 sind in den Öffnungen 135 derart vorgesehen, daß die Kugeln einen Halsabschnitt des Zugbolzens 131 umgeben. Wenn die Spannpatrone 134 sich nach oben bewegt, wird jede Kugel 136 durch eine konische Ecke 137 an dem oberen Ab schnitt der Spannpatronenkammer 133 gedrückt, so daß die Kugeln sich radial nach innen bewegen und hierdurch den Hals abschnitt des Zugbolzens 131 einspannen, wodurch der Zug bolzen 131 ebenfalls nach oben bewegt wird. Wenn anderer seits die Spannpatrone 134 sich nach unten bewegt, werden die Kugeln radial nach außen bewegt, da der durchmesser größere Abschnitt der Spannpatronenkammerseitenwand vor handen ist, so daß der Zugbolzen 131 durch die Spannpa trone 134 gehen kann, ohne daß eine Blockierung durch die Kugeln vorhanden ist, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist.

Ein Zugteil 53 hat einen unteren Endabschnitt, der mit der oberen Endfläche der Spannpatrone 134 verbunden ist, wäh rend der obere Endabschnitt des Zugteils 53 fest mit einem Stopfen 138 mittels Gewindeeingriff verbunden ist. Der Stopfen 138 ist gleitbeweglich relativ zu einem Hohlraum der Hauptspindel 11 angeordnet. Ein stufenförmig abgesetz ter Abschnitt 139 ist an dem Hohlraum der Hauptspindel vor gesehen und eine Gruppe von zusammengedrückten Tellerfedern 140 sind federnd nachgiebig und im zusammengedrückten Zustand zwischen dem Stopfen 138 und dem stufenförmig abgesetzten Abschnitt 139 angeordnet. Das Zugteil 53 und die Spannpatro ne 134 werden durch die Vorbelastungskraft der Tellerfedern 140 nach oben gedrückt, da der Stopfen 138 nach oben gedrückt wird. Zwei Schlitze 141 sind an diametral gegenüberliegenden Seiten der Hauptspindel 11 angeordnet und verlaufen in Axial richtung. Der Werkzeuglösestift 54, der radial von dem Stopfen 138 nach außen vorsteht, geht durch die Schlitze 144 und ragt aus den Schlitzen 141 hervor.

Wenn der Y-förmige gegabelte Abschnitt 119 des Schwenkele ments 52 den Werkzeuglösestift 54 entgegen der Vorbelastungs kraft der Tellerfedern 140 nach unten drückt, wird das Werk zeug 13 in seinen nicht gespannten Zustand überführt.

Nachstehend wird eine Auslegungsform eines Werkzeugmagazins 8 unter Bezugnahme auf Fig. 14 näher erläutert, die eine Schnittansicht längs der Linie XIV-XIV in Fig. 3 darstellt. In Fig. 14 umfaßt das Werkzeugmagazin ein Gestell 150, des sen Mittelteil mit einem zylindrischen Element 151 versehen ist, das in horizontaler Richtung vorsteht. Ein Drehhülsen teil 153 ist mit Hilfe eines zylindrischen Teiles 151 über ein Lager 152 drehbar gelagert. An einem axial inneren Ende der Drehhülse 53 ist ein Ringelement 154 fest ange bracht und es ist eine Mehrzahl von Rollen 155 auf demsel ben imaginären Kreis angeordnet, der von dem Ringelement 154 abgeleitet ist. Diese Rollen 155 dienen als Nockennachlauf einrichtungen, die mit einer Trommelnocke 156 zusammenarbei ten.

Eine Nockenwelle 157 verläuft im Magazingestell 150 in ver tikaler Richtung und ist drehbar an diesem gelagert. Die Trommelnocke 156 ist in Form eines zylindrischen Elements ausgelegt, das mit einer spiralförmigen Nut an seiner Außenumfangsfläche versehen ist, und die Nocke 156 ist fest mit der Nockenwelle 157 verbunden. Eine Mehrzahl von Rollen 155 sind in Eingriff mit der spiralförmigen Nut. Die Nocken welle 157 ist mit einem Magazinmotor 12, der oberhalb des Gestells 150 vorgesehen ist, über eine Geschwindigkeitsre duziereinrichtung 158 verbunden. Bei der vorstehend genannten Konstruktion kommen bei der Drehung der Nockenwelle 157 zusätzlich die Rollen 155 in Eingriff mit der Trommelnocke 156, um die Drehhülse 153 zu drehen.

Tragteile 160 sind an der Oberseite der Drehhülse 153 fest angebracht, um eine Mehrzahl von Werkzeugaufnahmen 34 zu tragen. Die Tragteile 160 verlaufen radial von einer Schei benfläche der Drehhülse 53 nach außen und stehen nach innen vor (in Fig. 14 nach rechts), wie dies mit einer gebroche nen Linie längs einer äußeren Umfangsfläche der Hülse 153 ge zeigt ist. Die vorstehenden Abschnitte 161 haben Tragachsen 162, an denen die Werkzeugaufnahmen 34 schwenkbeweglich ge lagert sind.

Jede Werkzeugaufnahme 34 ist mit einer Verriegelungseinrich tung versehen, die eine Kugel 165 und eine Druckfeder 164 enthält, die die Feder mit einer Druckkraft beaufschlagt. Wenn das Werkzeug 13 unter Krafteinwirkung in die Aufnahme 34 eingeschoben wird, bewegt sich die Kugel 165 radial nach außen bezüglich der Aufnahme 34 entgegen der Vorbe lastungskraft der Feder 164. Dann kommt die Kugel in Ein griff mit dem Zugbolzen 131 des Werkzeuges 13 durch die Federvorbelastung, so daß das Werkzeug 13 in der Aufnahme 34 gehalten ist. Wenn das Werkzeug unter Krafteinwirkung gezogen wird, drückt der Zugbolzen 131 die Kugel 165 radial nach außen, so daß das Werkzeug 13 aus der Aufnahme 34 ent nommen werden kann.

Ein Bolzen 166 ist am hinteren Ende jeder Aufnahme 34 vor gesehen. Ein Gleitstück 168 ist in dem Gestell 150 und an einem unteren Teil desselben vorgesehen. Das Gleitstück 168 ist mit einer U-förmigen Nut 167 versehen, die in Ein griff mit dem Bolzen 166 bringbar ist und in vertikaler Richtung längs einer Wand des Gestells 150 gleitbeweglich ist. Das Gleitstück 168 ist mit einer Kolbenstange 171 eines Pneumaticzylinders 170 verbunden. Bei dieser Ausle gung wird der Bolzen 166 in einer der Werkzeugaufnahmen 64, die zu der untersten Position geschaltet sind, in Eingriff mit der U-förmigen Nut 167 des Gleitstückes 168 gebracht, wenn die Kolbenstange 171 an der am weitesten ausgezogenen Stellung ist. Wenn die Kolbenstange eingefahren wird, um das Gleitstück 168 nach oben zu bewegen, wird die entspre chend weitergeschaltete Werkzeugaufnahme 34 um 90° um die Tragachse 162 geschwenkt, wie dies mit einer mit zwei Punk ten dargestellten gebrochenen Linie in Fig. 14 gezeigt ist. Als Folge hiervon ragt die Aufnahme 34 aus dem Magazin und sie wird in dieser Position gehalten, wobei diese Position zum Auswechseln der Werkzeuge relativ zum Dreharm 16 zur Verfügung steht. Eine zylindrische Abdeckung 172 ist ober halb des Magazinumfanges aus Schutzgründen vorgesehen. Die Abdeckung 172 ist mit einer Ausnehmung an seinem untersten Teil versehen, um zu ermöglichen, daß die Werkzeugaufnahme 34 durch diese vorstehen kann.

Bei einer solchen Auslegung wird nachstehend die Arbeits weise der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 15 und 16 näher erläutert.

Fig. 15 ist ein Zeitablaufdiagramm zur Verdeutlichung des Arbeitsablaufes der automatischen Werkzeugwechsel vorrichtung nach der Erfindung und Fig. 16 ist ein Arbeits ablaufdiagramm.

Nach Beendigung der Bearbeitung (s. 201 in Fig. 16) wird der Z-Richtungsantriebsmotor 5 eingeschaltet, um den Haupt spindelkopf 3 nach oben zu fahren, um zu verhindern, daß das Werkzeug 13 mechanisch in Wechselwirkung mit dem Werk stück (s. 202) kommt. Zugleich wird die Drehbewegung der Hauptspindel 11 gestoppt und sie wird in einer Position an gehalten (s. 202). Ferner wird die Kolbenstange 171 des Werk zeugmagazins 8 eingefahren, um die Werkzeugaufnahme 34 um 90° zu verschwenken, so daß die Aufnahme 34 in einer Posi tion bleibt, in der ein Werkzeugwechsel möglich ist (s. 302).

Nach der Bestätigung des Stoppens der Drehbewegung der Haupt spindel 11 wird der ATC-Motor 70 unmittelbar eingeschaltet, um die Drehbewegung der ATC-Antriebswelle 23 einzuleiten. Wenn die ATC-Antriebswelle 23 um 20° gedreht ist, wird die Nockennachlaufeinrichtung 73 in einen radiusgrößeren Teil der Nockennut 47 gebracht, so daß der Drehstab 33 gedreht wird, um die Werkzeughaltegreifer 15 zu schließen (s. 203 und 303). Somit werden die Werkzeuge an der Hauptspindel 11 und am Werkzeugmagazin durch den Dreharm 16 gehalten. Wenn die ATC-Antriebswelle 23 um etwa 35° verdreht ist, wird die Nockennachlaufeinrichtung 116 in Eingriff mit dem vertikal höher liegenden Teil der mit der Nut versehenen Nocke 51 (vierte Nocke) gebracht, so daß das Schwenkelement 52 den Werkzeuglösestift 54 nach unten drückt, wodurch das Werk zeug 13, das von der Hauptspindel 11 gehalten wird, nunmehr im nicht gespannten Zustand ist (s. 204). Wenn ferner die ATC-Antriebswelle 23 um etwa 65° gedreht ist, wird die Nockennachlaufeinrichtung 67 in Eingriff mit dem vertikal tiefer liegenden Abschnitt der Nockennut 42 (zweite Nocke) gebracht, so daß die zweite Hülse 30 durch die Verbindungs einrichtung 43 nach unten bewegt wird. Als Folge hiervon be ginnen die Werkzeuge 13 in der Werkzeugaufnahme 34 und in der Hauptspindel 11 mit ihrer Bewegung, bei der sie aus den entsprechenden Teilen herausbewegt werden (s. 205 und 305). Die Entnahme des Werkzeuges erfolgt, wenn die ATC-An triebswelle 23 von 65° bis 115° verdreht wird. Wenn anderer seits die ATC-Antriebswelle 23 um etwa 90° verdreht ist, sind die Nockenbogenabschnitte 35 B und 36 B in den Steuer scheibennocken 35, 36 der parallelen Nocke 37 (erste Nocke) in Kontakt mit den Nockennachlaufrollen 39, 40, so daß die erste Hülse 26 um ihre Achse gedreht wird, wodurch der Dreh arm 16 um die Achse der zweiten Hülse 30 gedreht wird (s. 206). Während der Drehung der ATC-Antriebswelle von 90 bis 115° überlappt sich somit ein Teil des Werkzeugentnahmevor ganges durch die nach unten gerichtete Bewegung der zwei ten Hülse 20 mit einem Teil des Werkzeugwechselvorganges durch die Drehung des Dreharms 16 (s. 401 in Fig. 15). Diese überlappende Arbeitsabfolge kann die Werkzeugwechselzeit ver kürzen. Der Dreharm 16 wird um 180° gedreht, um die Werkzeug wechselpositionen zwischen dem Magazin und der Hauptspindel auszutauschen, und zwar während der Drehung der ATC-Antriebs welle 23 von 90 bis 270°.

Wenn die ATC-Antriebswelle 23 um etwa 255° gedreht ist, wird die Nockennachlaufeinrichtung 67 in Eingriff mit dem vertikal höher liegenden Abschnitt der Nockennut 42 (zweite Nocke, erste Umfangsnocke) gebracht, so daß die zweite Hülse 30 nach oben bewegt wird, um die ausgewechselten Werkzeuge in die Hauptspindel 11 und die Werkzeugaufnahme 34 des Werkzeugmagazins einzuführen (s. 207 und 307). Hierbei er folgt die Drehung des Dreharmes 16 gleichzeitig mit der nach oben gerichteten Bewegung, um die Werkzeugwechselzeit zu verkürzen (s. 402 in Fig. 15). Wenn dann die ATC-An triebswelle 23 um 305° gedreht wird, wird die Nockennach laufeinrichtung 116 in Eingriff mit dem vertikal tiefer liegenden Abschnitt der Nockennut 51 (vierte Nocke, zweite Umfangsnocke) gebracht, so daß das Dreharmende von dem Werkzeuglösestift 54 wegbewegt wird. Als Folge hiervon wird das Werkzeug 13 an der Hauptspindel eingespannt, da die Vor belastungskraft der Tellerfedern 140 (s. 208) vorhanden ist. Während der Drehung der ATC-Antriebswelle von 320 bis 350° wird die Nockennachlaufeinrichtung 73 in Eingriff mit dem radiuskleinen Abschnitt der Nockennut 43 (dritte Nocke) ge bracht, so daß der Drehstab 33 in Gegenrichtung gedreht wird, um die Werkzeughaltegreifer 15 zu öffnen, wodurch das Werk zeug 13 von dem Dreharm 16 freikommt (s. 209, 309).

Bei der Beendigung einer vollständigen Drehung der ATC- Antriebswelle 23, nachdem diese in ihre Ausgangswinkelpo sition zurückkehrt, wird der ATC-Motor 17 abgeschaltet, und der Werkzeugwechselvorgang ist beendet. Am Ende wird der Z-Richtungsantriebsmotor 15 und der Hauptspindelmotor 10 gleichzeitig eingeschaltet (s. 210), um eine Bearbeitung auszuführen (s. 211). Andererseits wird im Werkzeugmagazin 8 die Kolbenstange 171 ausgefahren, um die Werkzeugaufnahme 34 um 90° in Gegenrichtung zu drehen, so daß die Aufnahme 34 in dem Magazin aufgenommen ist (s. 310). Dann wird der Ma gazinmotor 12 zur Werkzeugweiterschaltung eingeschaltet (s. 311) und er wird in Warteposition bis zum nächsten Werk zeugwechsel und zur nächsten Bearbeitung gehalten.

In Fig. 15 sind die Nockenformen der Nocken 37, 42, 47 und 51 aus Einfachheitsgründen linear dargestellt. In Wirklich keit jedoch hat jede Nocke gleichförmig gekrümmte Ausbil dungsformen, um einen Hochgeschwindigkeitsablauf ohne jeg lichen mechanischen Stoß zwischen benachbarten mechanischen Bauteilen zu ermöglichen.

Wie vorstehend beschrieben worden ist, ermöglicht die vor liegende Erfindung folgende Vorteile.

1) Die Werkzeugwechselzeit läßt sich so gering wie mög lich halten, da mehrere Arbeitsabläufe teilweise über lappend miteinander ausgeführt werden können, wie z.B. die Drehung des Dreharmes 16 während seiner Hubbewegung (s. 401, 402 in Fig. 15) bei der Ausführung des Werk zeugwechselvorganges.
2) Die Nockenelemente werden von mit einer Nut versehenen Nocke 47 gebildet, die an einem ebenen Plattenelement ausgebildet ist, erste und zweite Umfangsvertiefungs nocken 52, 51 sind an dem Umfangsabschnitt des zylin drischen Elements ausgebildet und eine überlagerte Steuerscheibennocke 37, deren äußere Umfangsfläche als Kämmfläche dient, ist vorgesehen, so daß die Gegenele mente an der Nachlaufseite sicher selbst bei einem Vor gang mit hoher Geschwindigkeit angetrieben werden kön nen. Somit kann eine Überlappung des Arbeitsablaufes in maximaler Weise erfolgen, wie z.B. die Drehung des Dreharmes während seiner Abwärtsbewegung, um hierdurch die Gesamtarbeitszeit für den Werkzeugwechsel so klein wie möglich zu halten.
3) Da verschiedene Werkzeugwechseleinrichtungen, wie das Werkzeugmagazin 8, der Dreharm usw. an dem Hauptspin delkopf angebracht sind, ist ein Werkzeugwechsel unab hängig von der Position des Hauptspindelkopfes durch führbar und es ist nicht notwendig, den Hauptspindel kopf zu einer speziellen Werkzeugwechselposition zu bewegen.
4) Da die Trommelnocke 156 zur Weiterschaltung einer der Werkzeuge im Werkzeugmagazin 8 verwendet wird, ist die Bildung einer Nut zur Magazinweiterschaltung nicht er forderlich und die Erzeugung von Geräuschen läßt sich vermeiden. Da ferner die Trommelnocke 156 als eine selbstblockierende Einrichtung wirkt, die verhindert, daß die Drehhülse 153 sich frei drehen kann, wird er möglicht, daß selbst dann, wenn die unterschiedlichen Werkzeuge, die voneinander unterschiedliche Gewichte haben, in das Werkzeugmagazin eingesetzt sind, das Werk zeugmagazin sich nicht infolge eines Ungleichgewichts zustandes der Werkzeuge bringen kann. Ferner wird ein zu weites Drehen infolge der Trägheitskraft des Maga zins verhindert, wenn der Magazinmotor 12 abgeschaltet wird, da die Drehung der Trommelnocke 156 angehalten wird.
5) Es ist eine vereinfachte und leichter steuerbare Ar beitsablaufweise möglich, da jede der Nockenelemente 37, 42, 47 und 51, die an der ATC-Antriebswelle ange bracht sind, die jeweils einzelnen Werkzeugwechsel vorgänge durch eine einzige Drehung der ATC-Antriebs welle ausführt.

Wie die vorangehenden Ausführungen gezeigt haben, läßt sich mit Hilfe der Erfindung ein Hochgeschwindigkeits-Werkzeug wechselvorgang mit einer minimalen Arbeitszeit erzielen, da die Mehrzahl von Nocken, die an der einzigen Antriebswelle angebracht sind, sequentiell den Werkzeugwechselvorgang steuern können, der das Einspannen des Werkzeuges und das Ausspannen desselben in der Hauptspindel umfaßt.

Claims

1. Werkzeugwechselvorrichtung, gekennzeich net durch:
einen Hauptspindelkopf (3),
eine Hauptspindel (11), die drehbar am Hauptspindel kopf angeordnet ist, wobei die Hauptspindel (11) eine lösbare Werkzeughalteeinrichtung (Fig. 13) hat,
ein Werkzeugmagazin (8),
eine erste Hülse (26), die drehbar am Hauptspindel kopf (3) gelagert ist,
eine zweite Hülse (30), die gleitbeweglich in axia ler Richtung hierzu und drehbar zusammen mit der ersten Hülse (26) angeordnet ist,
einen Dreharm (16), der an einem Ende der zweiten Hülse (30) angeordnet ist,
Werkzeughaltegreifer (15), die an dem Dreharm (16) vorgesehen sind,
eine Einrichtung (Fig. 10) zum Öffnen und Schließen des Greifers, die im Dreharm (16) angeordnet ist, wobei ein Werkzeug in der Hauptspindel (11) mit einem Werkzeug im Werkzeugmagazin (8) bei der Drehung des Dreharmes (16) um die zweite Hülse (30) und einer Be wegung des Dreharmes (16) in einer axialen Richtung der zweiten Hülse (30) auswechselbar ist,
eine Antriebswelle (23), die an dem Hauptspindelkopf (3) drehbar gelagert ist und mittels eines Motors (17) angetrieben ist,
erste bis vierte Nockenelemente (37, 42, 47 und 51), die bei der Drehung der Antriebswelle (23) beaufschlagt werden,
eine Nockenweiterschalteinrichtung (Fig. 6), die in Abhängigkeit von dem ersten Nockenelement (37) arbeitet, um die erste Hülse (26) um ihre Achse zu drehen und um die Drehwinkelposition derselben zu steuern,
eine Wellenantriebseinrichtung (Fig. 7), die in Abhän gigkeit von dem zweiten Nockenelement (42) arbeitet, um die zweite Hülse (30) in axialer Richtung zu bewegen und ihre axiale Position zu steuern,
eine Greiferantriebseinrichtung (Fig. 8 und 9), die in Abhängigkeit von der dritten Nocke (47) ar beitet, um die Einrichtung zum Öffnen und Schließen des Greifers anzutreiben, und die Werkzeughaltegrei fer (15) zu öffnen und zu schließen, und
eine Antriebseinrichtung zum Einspannen und Ausspan nen eines Werkzeuges (Fig. 11 und 12), die in Ab hängigkeit von der vierten Nocke (51) arbeitet, um die lösbaren Werkzeughalterungen (Fig. 13) anzutrei ben.

2. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten bis vierten Nockenelemente (37, 42, 47, 51) Nocken ausbildungen in einer solchen Form haben, daß ein ein ziger Werkzeugwechselvorgang bei einer einzigen Umdre hung der Antriebswelle (23) durchführbar ist.

3. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken weiterschalteinrichtung ein erstes Nockenelement (37) und eine Nockennachlaufeinrichtung (38) aufweist, daß das erste Nockenelement (37) Verbundnocken (35, 36) aufweist, die einander überlagert sind, und daß die Nockennachlaufeinrichtung (38) Nachlaufrollen (39, 40) aufweist und fest mit der ersten Hülse (26) verbunden ist.

4. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Nockenelement (32) eine erste mit einer Umfangsvertie fung versehene Nocke (42) aufweist, die an der Antriebs welle (23) angebracht ist, und daß die Wellenantriebs einrichtung einen Schwenkhebel (43) aufweist, der in Ab hängigkeit von dem zweiten Nockenelement (42) schwenkbe weglich ist, wobei ein Kontaktstück (34) an einem Ende des Schwenkhebels vorgesehen ist und ein mit einer Nut versehener Abschnitt (45) an der zweiten Hülse (30) angebracht ist und in Eingriff mit dem Kontaktstück (44) ist.

5. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Nockenelement (47) ein Steuerscheibenele ment (46) aufweist, das mit einer mit einer Nut ver sehenen Nocke (47) an ihrem flachen Oberflächenab schnitt versehen ist, und
daß die Greiferantriebseinrichtung aufweist:
einen Drehstab (33), der einen Endabschnitt hat, der drehbeweglich an dem Hauptspindelkopf (3) gelagert ist und einen Halteabschnitt hat, der sich durch die zweite Hülse (30) erstreckt,
eine Eingriffseinrichtung (82, 83), die an dem anderen Endabschnitt des Drehstabes (33) vorgesehen ist, wobei die Eingriffseinrichtung in Eingriff mit einem An triebsabschnitt der Einrichtung zum Öffnen und Schließen des Greifers bringbar ist, wenn die zweite Hülse (30) in ihrer axial eingerückten Stellung ist,
ein Zahnrad (49), das an einem Endabschnitt des Dreh stabes (33) angebracht ist, und ein Zahnstangenteil (48), das in Abhängigkeit von der dritten Nocke (47) betätigbar ist und das in Eingriff mit dem Zahnrad (49) bringbar ist.

6. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Nockenelement (51) eine zweite mit einer Umfangsnut ver sehenen Nocke (51) aufweist, und
daß die Antriebseinrichtung zum Einspannen und Aus spannen des Werkzeuges aufweist:
ein Schwenkelement (42), das in Abhängigkeit von dem vierten Nockenelement (51) verschwenkbar ist,
ein Zugteil (53) in der lösbaren Werkzeughalteeinrich tung der Hauptspindel (11), und
einen Stift (54), der mit dem Zugteil (53) verbunden ist und sich aus der Hauptspindel (11) herauserstreckt, wobei das Schwenkteil (52) selektiv den Stift (54) in Abhängigkeit von dem vierten Nockenelement (51) mit einer Druckkraft beaufschlagt.

7. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Nockenelement (37) einen ersten Nockenabschnitt (206) hat, der in Eingriff mit den Nachlaufrollen (39, 40) bringbar ist, um den Dreharm (16) um 180° zu drehen, sowie einen zweiten Nockenabschnitt, der von den Nach laufrollen (39, 40) lösbar ist, um den Dreharm (16) sta tionär zu halten.

8. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Nockenelement (42) einen ersten Nockenabschnitt (205) zum Bewegen der zweiten Hülse (30) in eine axiale Rich tung hat, um die Werkzeuge von dem Werkzeugmagazin (8) und von der Hauptspindel (11) abzunehmen, ferner einen zweiten Nockenabschnitt hat, um die zweite Hülse (30) in einer ersten stationären Position zu halten, ferner einen dritten Nockenabschnitt (207), um die zweite Hülse (30) in axialer Gegenrichtung zu bewegen, um die Werkzeuge in die Hauptspindel (11) und das Werkzeugmagazin (8) einzuführen, und einen vierten Nockenabschnitt, um eine zweite stationäre Position der zweiten Hülse (30) aufrechtzuerhalten.

9. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des ersten Nockenabschnittes (206) des ersten Nockenelementes (37) sich mit den ersten und dritten Nockenabschnitten (205, 207) des zweiten Nockenelementes (42) überlappt.

10. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Nockenelement (47) einen ersten Nockenabschnitt (203) hat, um das Zahnstangenelement (48) in eine Richtung zu bewegen und den Drehstab (33) zu drehen, so daß die Werkzeughaltegreifer (15) geschlossen werden, ferner einen zweiten Nockenabschnitt hat, um den geschlossenen Zustand der Greifer (15) aufrechtzuerhalten, einen drit ten Nockenabschnitt (209), um das Zahnstangenelement (48) in Gegenrichtung zu bewegen und die Werkzeughalte greifer (15) zu öffnen, und einen vierten Nockenab schnitt hat, um den Öffnungszustand der Greifer (15) aufrechtzuerhalten.

11. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Nockenelement (51) einen ersten Nockenabschnitt (204) hat, um den Stift (54) nach unten zu drücken und das Werkzeug in einen nicht eingespannten Zustand in der Hauptspindel (11) zu überführen, einen zweiten Nocken abschnitt, um den nicht eingespannten Zustand des Werk zeuges aufrechtzuerhalten, einen dritten Nockenabschnitt (209), um den Stift (54) freizugeben und den Werkzeug einspannzustand in der Hauptspindel (11) aufrechtzuer halten, und einen vierten Nockenabschnitt hat, um den Werkzeugeinspannzustand aufrechtzuerhalten.

12. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Nockenabschnitt (203) des dritten Nockenelementes (47) teilweise überlappend mit dem ersten Nockenab schnitt (204) des vierten Nockenelementes (51) vorge sehen ist, und daß der zweite Nockenabschnitt des vier ten Nockenelementes (51) teilweise überlappend mit dem zweiten Nockenabschnitt des dritten Nockenelementes (47) vorgesehen ist, und daß ferner der dritte Nockenabschnitt (209) des dritten Nockenelementes (47) sich teilweise mit dem dritten Nockenabschnitt (208) des vierten Nockenele mentes (51) überlappt, und daß der vierte Nockenabschnitt des dritten Nockenelementes (47) sich mit dem vierten Nockenabschnitt des vierten Nockenelementes (51) über lappt.

13. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug magazin (8) an dem Hauptspindelkopf (3) angebracht ist.

14. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung, gekenn zeichnet durch:
einen Hauptspindelkopf (3),
eine Hauptspindel (11), die im Hauptspindelkopf (3) drehbar angeordnet ist,
ein Werkzeugmagazin (8), das einteilig mit dem Haupt spindelkopf (3) vorgesehen ist, wobei das Werkzeugmaga zin eine Mehrzahl von Werkzeugaufnahmen (34) hat,
eine lösbare Werkzeughalteeinrichtung (Fig. 13), die an der Hauptspindel (11) vorgesehen ist,
einen Dreharm (16), der derart beschaffen und ausge legt ist, daß ein Werkzeug (13) in einer der Werkzeug aufnahmen (34) durch ein Werkzeug (13) in der lösbaren Werkzeughalteeinrichtung und umgekehrt austauschbar ist, wobei der Dreharm (16) vorgesehen ist, um einen Endabschnitt desselben der lösbaren Halteeinrichtung gegenüberliegend anzuordnen und ihn so auszurichten, daß das andere Ende desselben einer der Werkzeugaufnah men (34) gegenüberliegt, und
eine Einrichtung zum Drehen des Dreharmes (16) derart, daß eine halbe Drehung um seine Mittelachse ausgeführt wird und ein Ende des Armes (16) mit der lösbaren Werk zeughalteeinrichtung fluchtet und das andere Ende mit den Werkzeugaufnahmen.

15. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrich tung zum Drehen ein Hülsenelement (30) aufweist, das drehbar um seine Achse und in axialer Richtung beweg bar ist, und daß der Dreharm (16) an seinem Längsmittel teil fest mit einem Ende des Hülsenteils (30) verbunden ist.

16. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung, gekenn zeichnet durch:
einen Hauptspindelkopf (3),
eine Hauptspindel (11), die drehbar im Hauptspindel kopf angeordnet ist und eine lösbare Werkzeughalteein richtung (Fig. 13) hat,
ein Werkzeugmagazin, in dem eine Mehrzahl von Werkzeu gen (13) aufgenommen ist, und
einen Dreharm (16), der derart beschaffen und ausgelegt ist, daß ein Werkzeug in einem Werkzeugmagazin (8) durch ein Werkzeug in der lösbaren Werkzeughalteeinrichtung und umgekehrt austauschbar ist, wobei das Werkzeugmagazin (8 in Fig. 14) aufweist:
ein Drehteil (153),
eine Mehrzahl von Werkzeugaufnahmen (34), die schwenkbar an dem Drehteil angebracht sind,
eine Mehrzahl von Rollen (155), die mit dem Drehteil (153) verbunden sind und die in Abständen voneinander auf einer Kreisbahn angeordnet sind, und
eine Trommelnocke (156), die in Eingriff mit wenigstens einem der Rollen (155) bringbar ist, um das Drehteil (153) in seiner Achse zu drehen und hierdurch eine der Werkzeug aufnahmen in eine Position zu bringen, wobei der Dreharm in Eingriff mit dem Werkzeug in dieser einen Werkzeugauf nahme bringbar ist.

17. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug magazin ferner eine Antriebseinrichtung (12) aufweist, um die Trommelnocke (156) um ihre Achse zu drehen, einen Antriebszylinder (170) und ein Gleitstück (168) aufweist, das mit dem Antriebszylinder (170) verbunden ist, wobei die Werkzeugaufnahmen in Eingriff mit dem Gleitstück (168) bringbar sind, um eine der Werkzeugaufnahmen zu verschwen ken und hierdurch das Werkzeug (13) in der Werkzeugauf nahme in Ausrichtung zu dem Dreharm (16) zu bringen.