DE3735384C2

DE3735384C2 - Werkzeugmaschine mit einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung

Info

Publication number: DE3735384C2
Application number: DE3735384A
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: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2007-10-20
Also published as: JPS63123646A; US4833772A; GB8726375D0; DE3735384A1; GB2198375A; KR880005999A; KR930009403B1; JPH0460777B2; GB2198375B

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer auto matischen Werkzeugwechseleinrichtung mit einem Hauptspindel kopf, einer Hauptspindel, die drehbar im Hauptspindelkopf an geordnet ist, wobei die Hauptspindel eine Werkzeugaufnahme zur lösbaren Befestigung eines Werkzeugs aufweist, einem Werkzeugmagazin zur Aufnahme einer Vielzahl von Werkzeugen, wobei die Werkzeugwechseleinrichtung einen Schwenkarm zum Auswechseln eines Werkzeugs aus dem Werkzeugmagazin mit einem in der Werkzeugaufnahme gehaltenen Werkzeug und umgekehrt aufweist und wobei an dem Schwenkarm Werkzeughaltegreifer an geordnet sind.

Eine derartige Werkzeugmaschine ist aus der Druckschrift DE- OS 16 02 981 bekannt.

Weitere herkömmliche Werkzeugwechseleinrichtungen sind aus den japanischen veröffentlichten Patentanmeldungen JP-58-45 836, JP-60-22 80 47, JP-61-16 47 43 und der japanischen Pa tentschrift JP-59-32 257 gezeigt.

Bei üblichen Werkzeugwechselvorrichtungen, wie sie beispiels weise bei einem Bearbeitungszentrum Anwendung finden, ist ein Dreharm vorgesehen zum Austausch eines Werkzeuges, das sich in einem Werkzeugmagazin befindet und einem Werkzeug, das in der Hauptspindel gespannt ist. Dieser Dreharm ist an einem stationären Teil der Werkzeugmaschine angeordnet. Die einzel nen Schritte des Werkzeugwechselvorganges, wie beispielsweise das Ergreifen des Werkzeuges mit Hilfe von Werkzeughaltegrei fern, die Werkzeugentnahme, die Drehung des Werkzeuges um 180°, das Einführen eines neuen Werkzeuges und das Einspannen des Werkzeuges werden jeweils von Hydraulikzylindern gesteu ert, wobei die Durchführung jedes einzelnen Arbeitsschrittes durch Endschalter erfaßt wird, die nach entsprechender Betä tigung den Steuerungsablauf für den folgenden Arbeitsschritt freigeben.

Hinsichtlich derartig gesteuerter Werkzeugwechselvorrichtun gen hat es sich als nachteilig erwiesen, daß die einzelnen Werkzeugwechselvorgänge relativ viel Zeit beanspruchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugma schine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher ein Werkzeugwechselvorgang auch bei einer vergleichsweise ho hen Werkzeugwechselgeschwindigkeit auf zuverlässige Weise durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Werkzeugmaschi ne mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, unter ver gleichsweise geringem steuerungstechnischem Aufwand die für den Werkzeugwechsel erforderliche Zeitspanne erheblich zu verkürzen.

Die erfindungsgemäß an einer Werkzeugmaschine vorgesehene Werk zeugwechseleinrichtung umfaßt mehrere Nocken, die einstückig an einer Antriebswelle ausgebildet sind, sowie entsprechend zu geordnete mechanische Abgriffsteile, die durch die Nocken betä tigbar sind. Die erste Hülse ist drehbar an dem Hauptspindel kopf gelagert, wobei eine zweite Hülse gemeinsam mit der ersten Hülse drehbar, jedoch in deren axialer Richtung bewegbar ist. Ein Endabschnitt der genannten zweiten Hülse ist mit einem Dreharm versehen, an dem Werkzeughaltegreifer und eine Einrich tung zum Öffnen und Schließen der Greifer vorgesehen sind. Durch Drehung des Dreharmes um eine Achse der zweiten Hülse und durch eine Verschiebung des Dreharmes in axialer Richtung, be zogen auf die zweite Hülse, wird ein Werkzeug in der Hauptspin del durch ein Werkzeug in dem Werkzeugmagazin ersetzt. Die An triebswelle, die durch einen Antriebsmotor angetrieben wird, der an dem Hauptspindelkopf angebracht ist, ist am Hauptspin delkopf drehbar gelagert. Die Antriebswelle hat einteilig damit verbundene erste bis vierte Nockenelemente. Jedes Nockenelement steuert verschiedene Werkzeugwechselablaufschritte, die mittels einer Nockenweiterschalteinrichtung, einer zweiten Hülsena xialantriebseinrich-tung, einer Werkzeughaltegreiferan triebseinrichtung zum Öffnen und Schließen der Werkzeughalteg reifer und einer Antriebseinrichtung für die lösbare Halterung des Werkzeuges ausgeführt werden. Die Nockenweiterschaltein richtung dient dazu, die erste Hülse um ihre Achse zu drehen und die Drehwinkelposition derselben in Abhängigkeit von dem ersten Nocken (37) zu steuern. Die zweite Hülsenaxialan triebseinrichtung dient dazu, die zweite Hülse in axialer Rich tung hin und her zu bewegen und die axiale Position in Abhän gigkeit von dem zweiten Nocken (42) zu steuern. Die Werkzeug haltegreifantriebseinrichtung dient zum Antreiben einer Ein richtung zum Öffnen und Schließen der Werkzeughaltegreifer in Abhängigkeit von dem dritten Nocken (47). Die Antriebs einrichtung für die lösbare Werkzeughalterung in der Haupt spindel dient zum Spannen und Lösen des Werkzeuges in Ab hängigkeit von dem vierten Nocken (51).

Bei dieser Auslegung werden vier Sätze von Nocken 37, 42, 47, 51 durch die Drehung einer einzigen Antriebswelle beim Ein schalten des Antriebsmotors betätigt und im Anschluß an die Nockenbetätigung werden kontinuierlich aufeinanderfolgend Werk zeugwechselvorgänge, wie das Halten des Werkzeuges durch die Werkzeughaltegreifer, das Lösen des Werkzeuges von der Haupt spindel, die Entnahme des Werkzeuges aus der Hauptspindel und aus dem Werkzeugmagazin durch die Abwärtsbewegung des Drehar mes, die Werkzeugpositionsersetzung durch die Drehung des Dreharmes, das Einführen eines neuen Werkzeuges in die Haupt spindel und in das Werkzeugmagazin durch eine aufwärts gerich tete Bewegung des Dreharmes, Spannen des Werkzeuges an der Hauptspindel und das Lösen des Werkzeuges von den Werkzeughal tegreifern durch Öffnen derselben ausgeführt. Aufgrund des Ar beitens in Abhängigkeit von den Nocken werden alle Arbeitsposi tionen genau in Abhängigkeit von der Drehwinkelposition der An triebswelle gesteuert, wobei die Winkelposition einen speziel len vertikalen Nockenhöhenwert oder einen Radialabstandswert des Nockens relativ zur Antriebswelle vorgibt. Der kontinuier liche Ablauf erfolgt ferner ohne eine Bestätigung bzw. Rückmel dung des Endes der jeweiligen Schritte vor der Ausführung des anschließenden Schrittes. Ferner kann ein Teil des Arbeitsab laufes sich mit anderen Arbeitsablaufschritten überlappen. Die Nockenformen sind entsprechend derart gewählt, daß die Be schleunigung oder Verzögerung jedes Arbeitsablaufes optimal ge steuert werden kann und daß ein gleichförmiger, mit hoher Ge schwindigkeit durchführbarer 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 der Erfindung erge ben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeich nung. 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 eines parallelen Nockens (erster Nocken),

Fig. 7 eine Schnittansicht längs der Linie VII-VII in Fig. 4 zur Verdeutlichung eines ersten, mit einer Umfangsausnehmung versehenen Nockens (zweiter Nocken),

Fig. 8 eine Schnittansicht längs der Linie VIII-VIII in Fig. 4 zur Verdeutlichung eines mit einer ebenen Oberfläche versehenen, vertieften Nockens (dritter Nocken),

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

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

Fig. 11 eine Schnittansicht längs der Linie XI-XI in Fig. 4 zur Verdeutlichung eines zweiten mit einer Vertiefung versehenen Umfangsnockens (vierter Nocken),

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 Hauptspindel,

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

Fig. 15 ein Zeitablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Er findung, 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 ei nes Bearbeitungszentrums (M. C.), an dem eine Werkzeugwech selvorrichtung nach der Erfindung angebracht ist und Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Werkzeugwechselvorrichtung. Wie am be sten aus Fig. 2 zu ersehen ist, trägt ein säulenförmiger Stän der 2, der in vertikaler Richtung ausgehend von einem Grundteil 1 verläuft, einen Hauptspindelkopf 3. Der Hauptspindelkopf 3 ist vertikal längs einer linearen Führung 4 beweglich, die fest am säulenförmigen Ständer 2 angebracht ist. Durch Drehung einer Vorschubspindel 6, die mit einem Z-Richtungsantriebsmotor 5 verbunden ist, der an einem oberen Teil des säulenförmigen Ständers 2 angebracht ist, wird der Hauptspindelkopf 3 längs der Führung 4 angetrieben. Auf dem Grundteil bzw. Bett 1 ist ein Tisch 7 angeordnet, der in einer horizontalen Ebene (X- und Y-Richtungen) beweglich ist. An dem Hauptspindelkopf 3 sind ei ne 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 Hauptspindel kopf 3 untergebracht, um Werkzeuge zwischen dem Werkzeugmagazin 8 und der Hauptspindel 11 auszutauschen. Die automatische Werk zeugwechselvorrichtung umfaßt einen Dreharm 16 und einen Werk zeugwechselantriebsmotor 17 (ATC-Motor). Der Dreharm 16 ist an beiden Längsenden mit Werkzeughaltegreifern 15 versehen.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der we sentlichen Einzelheiten der Werkzeugwechselvorrichtung nach der Erfindung. In Fig. 1 wird die Drehung des ATC-Motors 17 auf ei ne Werkzeugwechselantriebswelle (ATC-Antriebswelle) 23 über ei ne Schnecke 21 und ein Schneckenrad 22 übertragen. Die ATC-Antriebswelle 23 ist am Hauptspindelkopf 3 mit Hilfe von Lagern 24 und 25 drehbar gelagert. 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 Keilwellenteil 29 versehen ist, der in Eingriff mit einem Keilabschnitt 31 einer zweiten Hülse 30 ist. Die zweite Hülse 30 ist ebenfalls an dem Hauptspindelkopf 3 an den oberen und unteren Abschnitten mit tels 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 Endabschnitt der zweiten Hülse 30 verbunden, deren Mittelachse als eine Drehachse des Drehar mes 16 dient. In dem Dreharm 16 ist eine Einrichtung zum Öffnen und Schließen der Werkzeughaltegreifer 15 untergebracht (diese Einrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 10 näher erläutert). Ein Drehstab 33 ist in Eingriff mit einem Antriebsabschnitt der Einrichtung zum Öffnen und Schlie ßen 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 Werkzeugmagazins 8 durch Ausführen einer Schwing- bzw. Drehbewegung des Dreharmes 16 und durch eine vertikale Verschiebung desselben ausge tauscht, da der Drehstab 33 drehbar ist und die zweite Hülse 30 axial bewegbar ist.

Der erste Nocken, der an der ATC-Antriebswelle 23 angebracht ist, umfaßt Verbundsteuerscheibennocken 35, 36, um hierdurch einen parallelen oder überlagerten Nocken 37 zu bilden. Die zwei Steuerplattennocken 35, 36 sind in Kämmeingriff mit ange triebenen Rollen 39, 40 eines Antriebsstückes 38, das einteilig mit der ersten Hülse 26 vorgesehen ist, so daß die Drehwinkel position der ersten Hülse 26 definiert ist. Dies bedeutet, daß die erste Hülse 26 intermittierend um 180° bei einer einzigen Umdrehung der ATC-Antriebswelle 23 verdreht wird. (Diese Ein richtung wird nachstehend näher unter Bezugnahme auf Fig. 6 er läutert).

Der zweite Nocken, der an der ATC-Antriebswelle 23 angebracht ist, wird von einem in Umfangsrichtung mit einer Vertiefung versehenen Nocken 42 (der erste mit Vertiefung versehene Noc ken) gebildet, der an einer Augenumfangsfläche eines zylindri schen Elements 41 einteilig mit der Welle 23 ausgebildet ist. Ein Schwinghebel 23 ist in Abhängigkeit von der Auslegung des mit einer Vertiefung versehenen Nockens 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 den zweiten Nocken 42 reguliert wird. Die zweite Hülse 30 führt eine intermittierende einzige hin- und hergehende Bewegung pro einer einzigen Umdrehung der ATC-Antriebswelle 23 aus. (Diese Einrichtung wird nachstehend näher unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 7 erläutert).

Der dritte Nocken, der 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. Der dritte Nocken hat die Form eines mit Vertiefung versehenen Noc kens 47, der in einer ebenen Fläche des scheibenförmigen Teils 46 vorgesehen ist. Eine Zahnstange 48 ist in Längsrichtung in Abhängigkeit von dem mit der Nut versehenen Nocken 47 bewegbar, und die Zahnstange ist in Kämmeingriff mit einem Zahnrad 49, das an der Drehstange 33 angebracht ist. Somit steuert der dritte Nocken 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 Drehwinkelposition des Drehstabes 33 geöffnet oder geschlossen.

Der vierte Nocken wird von einem in Umfangsrichtung vorge sehenen vertieften Nocken 51 (zweiter mit Vertiefung versehener Nocken) gebildet, der an einer äußeren Umfangsfläche des zylin drischen Elements 41 einteilig mit der Welle 23 ausgebildet ist. Der mit einer Vertiefung bzw. Nut versehene Nocken 51 ist in Eingriff mit einem Ende eines Schwenkelements 52, dessen an deres Ende in Eingriff mit einem Werkzeuglösestift 54 ist, der mit einer Zugstange 53 einer lösbaren Werkzeughalteeinrichtung verbunden ist. Die Schwenkbewegung des Hebels 52 drückt den Lö sestift 54 derart, daß man einen Zustand, in dem die Einspan nung 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 linken Seite des Hauptspindelkopfes 3 angebracht ist, weggelassen. Fig. 5 ist eine Vertikalschnittansicht zur Verdeutlichung der zweiten Hül se 30.

Wie am besten aus Fig. 5 zu ersehen ist, ist eine hohle zylin drische Stütze 57 fest mit dem oberen Abschnitt des Hauptspin delkopfes 3 verbunden. Der obere Abschnitt der ersten Hülse 26 ist drehbar an der Stütze 57 mit Hilfe eines Lagers 59 gela gert, und der untere Abschnitt der ersten Hülse 26 ist drehbar an einem Stegabschnitt 58 des Hauptspindelkopfes 3 unter Zwi schenlage eines Lagers 60 gelagert. Die erste Hülse 26 umfaßt eine Nachlaufeinrichtung 38, die auf den parallelen Nocken 37 (erster Nocken) anspricht. Die Nachlaufeinrichtung 38 umfaßt drei Scheibenelemente, die vertikal einander überlagert sind, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist und eine Mehrzahl von Nachlaufrollen 39, 40, die von den drei Scheibenelementen ge tragen 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 gelagert. An einem da zwischenliegenden äußeren Umfangsabschnitt der zweiten Hülse 30 ist ein Verbindungselement 61 mit Hilfe eines Gewindes 62 fest gelegt. Das Verbindungselement 61 hat eine äußere Umfangsflä che, die mit einer Umfangsnut 45 versehen ist, mit der das Kon taktstück 44 des Schwenkhebels 43 in Eingriff ist. Daher wird die axiale Position der zweiten Hülse 30 durch die Schwenkbewe gung des Schwenkhebels 43 bestimmt und durch diese aufrechter halten.

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 Werkzeughaltegreifer 15. Der Drehstab 33 hat einen oberen Abschnitt, der vom dista len Ende der zweiten Hülse 30 vorsteht, und der obere Abschnitt ist drehbar an dem Träger 52 mit Hilfe eines Lagers 63 gela gert. Der Drehstab 33 ist nicht in axialer Richtung beweglich. Der obere Endabschnitt des Drehstabes 33 ist mit einem Zahnrad 49 versehen, das in Eingriff mit der Zahnstange 48 (s. auch Fig. 1) ist, die gleitbeweglich an dem zylindrischen Träger 57 gelagert ist, und die hin- und hergehend in Abhängigkeit von dem mit der Vertiefung versehenen Nocken 47 (dritter Nocken) beweglich ist. In Fig. 5 erstreckt sich die Zahnstange 48 in eine Richtung senkrecht zur Zeichenebene.

Eine Nockenweiterschalteinrichtung zum Drehantrieb 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 Steuerscheibennocken 35, 36 sind jeweils mit Kreisabschnitten 35A, 36A und Nockenbogenabschnitten 35B, 36B versehen. Die Nockenbogenabschnitte 35B, 36B eines der Steuerscheibennocken sind in Winkelrichtung von dem Nockenbo genabschnitt 36B, 35B des anderen Steuerscheibennockens ver setzt. Zwischen benachbarten drei Scheibenelementen 38, die einteilig mit der ersten Hülse 26 vorgesehen sind, sind vier Nachlaufrollen 39, 40 drehbewegbar in den jeweiligen Räumen zwischen den Scheiben 38 angeordnet, so daß die Nachlaufein richtung 38 gebildet wird, die durch den parallelen Nocken 37 betätigt wird. Die vier Rollen 39 in dem oberen Raum sind ver setzt 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 Kämmein griff mit wenigstens einer der Nachlaufrollen 39, 40 der jewei ligen vier Rollen.

Wenn die ATC-Antriebswelle 23 in Drehung versetzt wird, werden die Nockenbogenabschnitte 35B, 36B der Steuerscheibennocken 35, 36 in Eingriff mit den Nachlaufrollen 39, 40 gebracht, da diese Bogenabschnitte als Zahnradzähne wirken, so daß die Nachlauf einrichtung 38 verdreht wird, um die erste Hülse 26 zu drehen. Wenn ferner, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die kreisförmigen Ab schnitte 35A, 36A in Kontakt mit den Nachlaufrollen 39, 40 sind, liegen die oberen und unteren Nachlaufrollen 39, 40 zwi schen den kreisförmigen Abschnitten 35A, 36A, so daß die Dre hung der ersten Hülse 26 unabhängig von der Drehung der Steuer scheibennocken 35, 36 aufhört, solange die kreisförmigen Ab schnitte in Kontakt mit den Rollen sind. Jeder Steuerscheiben nocken 35, 36 hat eine solche Auslegung, daß die Nachlaufein richtung 38 um 180° bei einer 180°-Drehbewegung der Steuer scheibennocken verdreht wird, und daß die Nachlaufdrehung wäh rend der restlichen 180° der Drehung der Steuerscheibennocken aufhört.

Eine Einrichtung zum hin- und hergehenden Bewegen der zweiten Hülse 30 in axialer Richtung derselben wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 7 näher erläutert. Fig. 7 ist ei ne Schnittansicht längs der Linie VII-VII in Fig. 4. Der Schwenkhebel 43 hat einen Endabschnitt, der schwenkbeweglich an einer Trennwand 65 des Hauptspindelkopfes 3 mit Hilfe einer Schwenkachse 66 gelagert ist. Der Hebel 43 hat einen Zwischen abschnitt, der mit einer zylindrischen Nockennachlaufeinrich tung 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 dem zweiten Nocken 42, d. h. der mit einer Um fangsnut versehene Nocken (erster mit einer Vertiefung versehe ner Nocken), 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 Dre hung der ATC-Antriebswelle 23 wird die zweite Hülse 30 in ver tikaler Richtung und in axialer Richtung derselben bewegt.

Im folgenden wird eine Einrichtung zum Drehen des Drehstabes 33 in Abhängigkeit von dem mit einer Vertiefung versehenen Nocken 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 Zwischenabschnitt eines horizontalen Hebels 31 schwenkbeweglich an einer oberen Wand 70 des Haupt spindelkopfes 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 Nockennachlaufeinrichtung 73 versehen, die nach unten vorsteht, und das andere Ende des Hebels ist mit einem zylindrischen Kontaktstück 74 versehen, das nach oben vorsteht. Die zylindrische Stütze 57, die drehbar den oberen Endabschnitt des Drehstabes 33 lagert, ist mit einer Führungs öffnung 75 (Fig. 9) versehen, die einen Kreisquerschnitt hat, der ermöglicht, daß die Zahnstange 48 mittels Gleiteingriff durch diese gehen kann. Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Zahnstange 48 in Eingriff mit dem Zahnrad 49, das an dem oberen Abschnit 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 Kontaktstück 74 des horizontalen Hebels 71 kommen kann. Die Nockennachlaufein richtung 73 ist in Eingriff mit dem mit einer Nut versehenen Nocken 47 (dritter Nocken). Wenn die ATC-Antriebswelle 23 in Drehung versetzt wird, wird der horizontale Hebel 71 ver schwenkt, um die Zahnstange 48 in ihrer Längsrichtung zu bewe gen, 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 zylin drischen 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 erstreckt sich radial von dem unte ren Ende des Drehstabes 33 nach außen.

Das untere Ende der zweiten Hülse 30 ist fest mit dem Dreharm 16 verbunden. An einem inneren Mittelabschnitt des Dreharmes ist eine Zahnwelle 83 mit Hilfe von Lagern 84, 85 vertikal ge lagert. Das obere planare Ende der Ritzelwelle 83 ist mit einer U-förmigen Nut 86 versehen, die in Eingriff mit dem Eingriffs bolzen 82 des Drehstabes 33 kommen kann. Wenn, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die zweite Hülse 30 in ihre oberste Stellung ge bracht ist, wird der Eingriffsbolzen 82 in Eingriff mit der U-förmigen Nut 86 gebracht, so daß die Ritzelwelle 83 entspre chend 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 Längsrich tung des Dreharmes beweglich, und sie sind in Eingriff mit dem Zahnrad 83a der Antriebswelle 83. Das Zahnstangenelement 88 hat einen spitzen Endabschnitt 90, der als eine Nut dient, die von dem Gehäuse 89 vorsteht, um hierdurch mit einer Nut des Werk zeughalters 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 Boh rung 93 ist eine Kugel 96 angeordnet, die in Richtung der Nuten mittels einer Schraubenfeder 95 gedrückt wird. Die Vorbe lastungs-kraft der Feder 95 ist durch eine Schraube 94 regel bar, die in Gewindeeingriff mit der Bohrung 93 ist. Die Kugel 96 ist selektiv in Eingriff mit einer der V-förmigen Nuten 91, 92 nach Maßgabe einer Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der Zahnstange 88 bringbar, so daß die Aus- und Einfahrpositionen der Zahnstange beibehalten werden. Die Zahnstange 88 ist auch mit einem Längsschlitz 97 an seinem Mittelteil versehen, durch den zwei Fixierstifte 98, 99 gehen. Diese Stifte 98, 99 sind fest am Gehäuse 89 angebracht. Aufgrund der Bildung des Schlit zes 97 ist die Zahnstange 88 trotz des Vorsehens der Stifte 98, 99 beweglich.

Einer der Werkzeughaltegreifer 15A ist mit den Fixierstiften 98, 99 mit Hilfe von zwei Hebelteilen 101, 102 verbunden. Jedes Hebelteil 101, 102 ist mit dem Greifer 15A über Bolzen 103, 104 verbunden und sie sind schwenkbar. Insbesondere sind die Hebel 101, 102, die mit einem der Greifer 15A verbunden sind, mit den Fixierstiften 98, 99 an dem oberen Abschnitt der Zahnstange 88 verbunden, während die anderen Heelteile 105, 106, die mit dem anderen Werkzeughaltegreifer 15B verbunden sind, mit den Fi xierstiften 98, 99 an dem unteren Teil der Zahnstange 88 ver bunden sind. Das Dreharmgehäuse 89 hat einen freien Endab schnitt, dessen Dicke klein ist, um einen ausreichenden Innen raum zu erhalten, so daß die Schwenkbewegung der Hebel 101, 102, 105, 106 möglich ist, wobei sich dieser Raum in der Nähe des Längsschlitzes 97 befindet.

Wenn die Ritzelwelle 83 durch Antrieb in Drehung versetzt wird, um eine Vor- bzw. Auszugsbewegung des Zahnstangenteiles 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 Werkzeughal tegreifer 15A 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 ei ne mechanische 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 umge kehrte Drehrichtung des Drehstabes 33 in Gegenrichtung gedreht wird, wird die Zahnstange 88 eingefahren, so daß ein abgestuf ter Abschnitt 108, der an dem vorderen Abschnitt des Zahnstan genelements 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 15A gedrückt. Eine Einrichtung zum Antreiben der lös baren 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 Seitenwand 111 des Hauptspindelkopfes 30 mit einem daran angeformten vorste henden Abschnitt 112 versehen, der zur Seite vorsteht und in vertikaler Richtung verläuft. Innerhalb des vorstehenden Ab schnittes 112 ist ein mit einem Flansch versehener Abschnitt 113 vorgesehen, der einen zylindrischen Raum an seiner Innen fläche begrenzt. Ferner hat der Hauptspindelkopf 3 eine innere Trennwand 65, die mit einem Flanschabschnitt 114 versehen ist, der einen zylindrischen Raum begrenzt, 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 Tragstangen 123 ist ein Verbindungselement 125 mit Hilfe von Schrauben 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-Antriebswelle 23 angeordnet ist. Am Ende des Verbindungse lements 125 ist eine Nockennachlaufeinrichtung 116 drehbeweg lich fest angebracht, die mit dem Umfangsnocken 51 (vierter Nocken oder den zweiten mit einer Vertiefung versehenen Nocken) 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 En den des Schwenkelements 52 in vertikaler Richtung bewegbar sind. Das eine Ende des Schwenkelements 52 ist mit einem gega belten Abschnitt 118 (Fig. 13) versehen, der in vertikaler 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 ausgebildet ist, um den Werkzeuglösestift 54 mit einer Druckkraft zu beaufschlagen, der von der Hauptspindel 11 vorsteht.

Wenn die Nockennachlaufeinrichtung 116 in Eingriff mit dem ver tikalen unteren Längsabschnitt der in Umfangsrichtung mit einer Nut versehenen Nocken 51 ist, wird der Y-förmige, gegabelte Ab schnitt 119 von dem Werkzeuglösestift 54 wegbewegt. Wenn ande rerseits die Nockennachlaufeinrichtung 116 in Eingriff mit dem vertikal höher liegenden Teil des mit der Nut versehenen Noc kens 51 ist, wird der gegabelte Abschnitt 119 nach unten be wegt, um den Stift 54 mit einer Druckkraft zu beaufschlagen.

Eine Werkzeughalteeinrichtung zur lösbaren Halterung eines Werkzeuges wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 13 näher erläutert. Die Einrichtung 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 konischen 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 an geordnet ist, und eine zylindrische Spannpatrone 134 ist axial gleitbeweglich in der Spannpatronenkammer 133 angeordnet. Eine Vielzahl von konischen Öffnungen 135 ist an einem Umfangsab schnitt der Spannpatrone 34 ausgebildet und Kugeln 136 sind in den Öffnungen 135 derart vorgesehen, daß die Kugeln einen Hals abschnitt des Zugbolzens 131 umgeben. Wenn die Spannpatrone 134 sich nach oben bewegt, wird jede Kugel 136 durch eine konische Ecke 137 an dem oberen Abschnitt der Spannpatronenkammer 133 gedrückt, so daß die Kugeln sich radial nach innen bewegen und hierdurch den Halsabschnitt des Zugbolzens 131 einspannen, wo durch der Zugbolzen 131 ebenfalls nach oben bewegt wird. Wenn andererseits die Spannpatrone 134 sich nach unten bewegt, wer den die Kugeln radial nach außen bewegt, da der durchmesser größere Abschnitt der Spannpatronenkammerseitenwand vorhanden ist, so daß der Zugbolzen 131 durch die Spannpatrone 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 obe ren Endfläche der Spannpatrone 134 verbunden ist, während 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 abgesetzter Abschnitt 139 ist an dem Hohlraum der Hauptspindel vorgesehen und eine Gruppe von zusammengedrückten Tellerfedern 140 ist federnd nachgiebig und im zusammengedrückten Zustand zwischen dem Stopfen 138 und dem stufenförmig abgesetzten Abschnitt 139 angeordnet. Das Zugteil 53 und die Spannpatrone 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 Axialrichtung. Der Werkzeuglösestift 54, der radi al 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 Schwenkelements 52 den Werkzeuglösestift 54 entgegen der Vorbelastungskraft der Tellerfedern 140 nach unten drückt, wird das Werkzeug 13 in seinen nicht gespannten Zustand überführt.

Nachstehend wird eine Auslegungsform eines Werkzeugmagazins 8 unter Bezugnahme auf Fig. 14 näher erläutert, die eine Schnit tansicht längs der Linie XIV-XIV in Fig. 3 darstellt. In Fig. 14 umfaßt das Werkzeugmagazin ein Gestell 150, dessen Mittel teil mit einem zylindrischen Element 151 versehen ist, das in horizontaler Richtung vorsteht. Ein Drehhülsenteil 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 angebracht, und es ist eine Mehrzahl von Rollen 155 auf demselben imaginären Kreis angeordnet, der von dem Ringelement 154 abgeleitet ist. Diese Rollen 155 dienen als Nockennachlaufeinrichtungen, die mit einem Trommelnocken 156 zusammenarbeiten.

Eine Nockenwelle 157 verläuft im Magazingestell 150 in ver tikaler Richtung und ist drehbar an diesem gelagert. Der Trom melnocken 156 ist in Form eines zylindrischen Elements ausge legt, das mit einer spiralförmigen Nut an seiner Außenumfangs fläche versehen ist, und der Nocken 156 ist fest mit der Noc kenwelle 157 verbunden. Eine Mehrzahl von Rollen 155 sind in Eingriff mit der spiralförmigen Nut. Die Nockenwelle 157 ist mit einem Magazinmotor 12, der oberhalb des Gestells 150 vorge sehen ist, über eine Geschwindigkeitsreduzierein-richtung 158 verbunden. Bei der vorstehend genannten Konstruktion kommen bei der Drehung der Nockenwelle 157 zusätzlich die Rollen 155 in Eingriff mit dem Trommelnocken 156, um die Drehhülse 153 zu drehen.

Tragteile 160 sind an der Oberseite der Drehhülse 153 fest an gebracht, um eine Mehrzahl von Werkzeugaufnahmen 34 zu tragen. Die Tragteile 160 verlaufen radial von einer Scheibenfläche der Drehhülse 53 nach außen und stehen nach innen vor (in Fig. 14 nach rechts), wie dies mit einer gebrochenen Linie längs einer äußeren Umfangsfläche der Hülse 153 gezeigt ist. Die vorstehen den Abschnitte 161 haben Tragachsen 162, an denen die Werkzeug aufnahmen 34 schwenkbeweglich gelagert sind.

Jede Werkzeugaufnahme 34 ist mit einer Verriegelungseinrichtung versehen, die eine Kugel 165 und eine Druckfeder 164 enthält, die die Feder mit einer Druckkraft beaufschlagt. Wenn das Werk zeug 13 unter Krafteinwirkung in die Aufnahme 34 eingeschoben wird, bewegt sich die Kugel 165 radial nach außen bezüglich der Aufnahme 34 entgegen der Vorbelastungskraft der Feder 164. Dann kommt die Kugel in Eingriff mit dem Zugbolzen 131 des Werkzeu ges 13 durch die Federvorbelastung, so daß das Werkzeug 13 in der Aufnahme 34 gehalten ist. Wenn das Werkzeug unter Kraftein wirkung gezogen wird, drückt der Zugbolzen 131 die Kugel 165 radial nach außen, so daß das Werkzeug 13 aus der Aufnahme 34 entnommen 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 Eingriff mit dem Bol zen 166 bringbar ist und in vertikaler Richtung längs einer Wand des Gestells 150 gleitbeweglich ist. Das Gleitstück 168 ist mit einer Kolbenstange 171 eines Pneumatikzylinders 170 verbunden. Bei dieser Auslegung wird der Bolzen 166 in einer der Werkzeugaufnahmen 64, die zu der untersten Position ge schaltet 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 ein gefahren wird, um das Gleitstück 168 nach oben zu bewegen, wird die entsprechend weitergeschaltete Werkzeugaufnahme 34 um 90° um die Tragachse 162 geschwenkt, wie dies mit einer mit zwei Punkten 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 Aus wechseln der Werkzeuge relativ zum Dreharm 16 zur Verfügung steht. Eine zylindrische Abdeckung 172 ist oberhalb des Maga zinumfanges aus Schutzgründen vorgesehen. Die Abdeckung 172 ist in ihrem unteren Bereich mit einer Ausnehmung 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 Ar beitsablaufes der automatischen Werkzeugwechselvorrichtung nach der Erfindung und Fig. 16 ist ein Arbeitsablaufdiagramm.

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 Werkstück (s. 202) kommt. Zugleich wird die Drehbewegung der Hauptspindel 11 gestoppt und sie wird in einer Position angehalten (s. 202).

Ferner wird die Kolbenstange 171 des Werkzeugmagazins 8 einge fahren, um die Werkzeugaufnahme 34 um 90° zu verschwenken, so daß die Aufnahme 34 in einer Position bleibt, in der ein Werk zeugwechsel 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 Nockennach laufeinrichtung 73 in einen radiusgrößeren Teil der Nockennut 47 gebracht, so daß der Drehstab 33 gedreht wird, um die Werk zeughaltegreifer 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 des mit der Nut versehenen Nockens 51 (vierter Nocken) gebracht, so daß das Schwenkelement 52 den Werkzeuglösestift 54 nach unten drückt, wodurch das Werkzeug 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 (zweiter Nocken) 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 ent sprechenden Teilen herausbewegt werden (s. 205 und 305). Die Entnahme des Werkzeuges erfolgt, wenn die ATC-Antriebswelle 23 von 65° bis 115° verdreht wird. Wenn andererseits die ATC-Antriebswelle 23 um etwa 90° verdreht ist, sind die Nocken bogenabschnitte 35B und 36B in den Steuerscheibennocken 35, 36 des parallelen Nockens 37 (erster Nocken) in Kontakt mit den Nockennachlaufrollen 39, 40, so daß die erste Hülse 26 um ihre Achse gedreht wird, wodurch der Dreharm 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 Werkzeugentnahmevorganges durch die nach unten gerichtete Bewegung der zweiten Hülse 20 mit einem Teil des Werkzeugwech selvorganges durch die Drehung des Dreharms 16 (s. 401 in Fig. 15). Diese überlappende Arbeitsabfolge kann die Werkzeugwech selzeit verkürzen. Der Dreharm 16 wird um 180° gedreht, um die Werkzeugwechselpositionen zwischen dem Magazin und der Haupt spindel auszutauschen, und zwar während der Drehung der ATC-Antriebswelle 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 (zweiter Nocken, er ster Umfangsnocken) gebracht, so daß die zweite Hülse 30 nach oben bewegt wird, um die ausgewechselten Werkzeuge in die Hauptspindel 11 und die Werkzeugaufnahme 34 des Werkzeugmaga zins einzuführen (s. 207 und 307). Hierbei erfolgt die Drehung des Dreharmes 16 gleichzeitig mit der nach oben gerichteten Be wegung, um die Werkzeugwechselzeit zu verkürzen (s. 402 in Fig. 15). Wenn dann die ATC-Antriebswelle 23 um 305° gedreht wird, wird die Nockennachlaufeinrichtung 116 in Eingriff mit dem ver tikal tiefer liegenden Abschnitt der Nockennut 51 (vierter Noc ken, zweiter Umfangsnocken) gebracht, so daß das Dreharmende von dem Werkzeuglösestift 54 wegbewegt wird. Als Folge hiervon wird das Werkzeug 13 an der Hauptspindel eingespannt, da die Vorbelastungskraft 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 radius kleinen Abschnitt der Nockennut 43 (dritter Nocken) gebracht, so daß der Drehstab 33 in Gegenrichtung gedreht wird, um die Werkzeughaltegreifer 15 zu öffnen, wodurch das Werkzeug 13 von dem Dreharm 16 freikommt (s. 209, 309).

Bei der Beendigung einer vollständigen Drehung der ATC-An triebswelle 23, nachdem diese in ihre Ausgangswinkelposition zurückkehrt, wird der ATC-Motor 17 abgeschaltet, und der Werk zeugwechselvorgang ist beendet. Am Ende wird der Z-Richtungsan triebsmotor 15 und der Hauptspindelmotor 10 gleichzeitig einge schaltet (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 Magazinmotor 12 zur Werkzeugwei terschaltung eingeschaltet (s. 311) und er wird in Wartepositi on bis zum nächsten Werkzeugwechsel und zur nächsten Bearbei tung gehalten.

In Fig. 15 sind die Nockenformen der Nocken 37, 42, 47 und 51 aus Einfachheitsgründen linear dargestellt. In Wirklichkeit je doch hat jeder Nocken gleichförmig gekrümmte Ausbildungsformen, um einen Hochgeschwindigkeitsablauf ohne jeglichen mechanischen Stoß zwischen benachbarten mechanischen Bauteilen zu ermögli chen. Wie vorstehend beschrieben worden ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung folgende Vorteile.

1. Die Werkzeugwechselzeit läßt sich so gering wie möglich halten, da mehrere Arbeitsabläufe teilweise überlappend mit einander ausgeführt werden können, wie z. B. die Drehung des Dreharmes 16 während seiner Hubbewegung (s. 401, 402 in Fig. 15) bei der Ausführung des Werkzeugwechselvorganges.
2. Die Nockenelemente werden durch einen mit einer Nut verse henen Nocken 47 gebildet, der an einem ebenen Plattenelement ausgebildet ist, sowie ersten und zweiten Umfangsvertie fungsnocken 52, 51, welche an dem Umfangsabschnitt des zy lindrischen Elements ausgebildet sind und einen überlagerten Steuerscheibennocken 37, dessen äußere Umfangsfläche als Kämmfläche dient, so daß die Gegenelemente an der Nachlauf seite sicher selbst bei einem Vorgang mit hoher Geschwindig keit angetrieben werden können. Somit kann eine Überlagerung der einzelnen Arbeitsphasen 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 Werk zeugmagazin 8, der Dreharm usw. an dem Hauptspindelkopf an gebracht sind, ist ein Werkzeugwechsel unabhängig von der Position des Hauptspindelkopfes durchführbar und es ist nicht notwendig, den Hauptspindelkopf zu einer speziellen Werkzeugwechselposition zu bewegen.
4. Da der Trommelnocken 156 zur Weiterschaltung der Werkzeuge im Werkzeugmagazin 8 verwendet wird, ist die Bildung einer Nut zur Magazinweiterschaltung nicht erforderlich und die Erzeugung von Geräuschen läßt sich vermeiden. Da ferner der Trommelnocken 156 als eine selbstblockierende Einrichtung wirkt, die verhindert, daß die Drehhülse 153 sich frei dre hen kann, wird ermöglicht, daß selbst dann, wenn die unter schiedlichen Werkzeuge, die voneinander unterschiedliche Ge wichte haben, in das Werkzeugmagazin eingesetzt sind, das Werkzeugmagazin sich nicht infolge eines Ungleichgewichts zustandes der Werkzeuge drehen kann. Ferner wird ein zu wei tes Drehen infolge der Trägheitskraft des Magazins verhin dert, 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 jedes der Nockenelemente 37, 42, 47 und 51, die an der ATC-Antriebswelle angebracht sind, die jeweils einzelnen Werkzeugwechselvorgänge durch eine einzige Drehung der ATC-Antriebswelle ausführt.

Wie die vorangehenden Ausführungen gezeigt haben, läßt sich mit Hilfe der Erfindung ein Hochgeschwindigkeits-Werkzeugwechsel vorgang mit einer minimalen Arbeitszeit erzielen, da die Mehr zahl 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. Werkzeugmaschine mit einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung mit einem Hauptspindelkopf (3), einer Hauptspindel (11), die drehbar im Hauptspindelkopf (3) angeordnet ist, wobei die Hauptspindel (11) eine Werkzeugaufnahme zur lösbaren Befestigung eines Werkzeugs aufweist, einem Werkzeugmagazin (8), zur Aufnahme einer Vielzahl von Werkzeugen, wobei die Werkzeugwechseleinrichtung einen Schwenkarm (16) zum Auswechseln eines Werkzeugs aus dem Werkzeugmagazin (8) mit einem in der Werkzeugaufnahme gehaltenen Werkzeug und umgekehrt aufweist und wobei an dem Schwenkarm (16) Werkzeughaltegreifer (15) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Werkzeugwechsel-Antriebswelle (23) vorgesehen ist, die drehbar im Hauptspindelkopf (3) gelagert und von einem Motor (17) antreibbar ist, wobei auf der Werkzeugwechsel-Antriebswelle (23) erste bis vierte Nockenelemente (37, 42, 47, 51) drehfest angeordnet sind, wobei das erste Nockenelement (37) als Nockenwei terschalteinrichtung ausgebildet ist, welche eine erste Hülse (26), die drehbar im Haupt spindelkopf (3) gelagert ist, um deren Achse in eine definierte Drehwinkelposition ver dreht, und das zweite Nockenelement (42) als Wellenantriebseinrichtung ausgebildet ist, die eine zweite Hülse (30), die in Axialrichtung gleitbewegbar auf der ersten Hülse (26) und gemeinsam mit dieser drehbar angeordnet ist, bewegt, wobei an einem Ende der zweiten Hülse (30) der Schwenkarm (16) befestigt ist, und das dritte Nockenelement (47) zur Steuerung einer Greifeinrichtung zum Öffnen und Schließen der Werkzeuggreifer (15) ausgebildet ist, wobei die Werkzeuggreifer (15) an dem Schwenkarm (16) angeord net sind, wobei ein in der Hauptspindel (11) aufgenommenes Werkzeug mit einem Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin (8) durch Drehung des Schwenkarms (16) und Bewegung des Schwenkarms (16) in Axialrichtung der zweiten Hülse (30) austauschbar ist, und durch das vierte Nockenelement (51) eine Werkzeugspannantriebseinrichtung derart betätigbar ist, daß die Werkzeugaufnahme der Hauptspindel (11) in eine Freiga bestellung bewegbar ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten bis vierten Nockenelemente (37, 42, 47, 51) derart ausgebildet sind, daß ein einziger Werkzeugwechselvorgang bei einer einzigen Umdrehung der Antriebswelle (23) erfolgt.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Noc kenweiterschalteinrichtung das erste Nockenelement (37) und eine Nockennachlaufein richtung (38) aufweist, daß das erste Nockenelement (37) Verbundnocken (35, 36) auf weist, die einander überlagert sind, und daß die Nockennachlaufeinrichtung (38) Nach laufrollen (39, 40) aufweist und fest mit der ersten Hülse (26) verbunden ist.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Nockenelement (42) ein mit einer Umfangsvertiefung versehenes zylindrisches Element (41) aufweist, das an der Antriebswelle (23) angebracht ist, und daß die Wellenan triebseinrichtung einen Schwenkhebel (43) aufweist, der in Abhängigkeit von dem zwei ten Nockenelement (42) schwenkbewegbar ist, wobei ein Kontaktstück (44) an einem Ende des Schwenkhebels vorgesehen ist und ein mit einer Nut versehener Abschnitt (45) an der zweiten Hülse (30) angebracht ist, der in Eingriff mit dem Kontaktstück (44) steht.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Nockenelement (47) ein Steuerscheibenelement (46) aufweist, das mit einer durch eine Nut gebildeten Kurve (47) an seinem flachen Oberflächenabschnitt versehen ist, und daß die Greiferantriebseinrichtung aufweist:
ein Zahnrad (49), das an einem Endabschnitt des Drehstabes (33) angebracht ist, und
ein Zahnstangenteil (48), das in Abhängigkeit von dem dritten Nocken (47) betätigbar ist und das in Eingriff mit dem Zahnrad (49) bringbar ist,
wobei der Drehstab (33) einen Endabschnitt aufweist, der drehbewegbar in dem Haupt spindelkopf (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 Antriebsabschnitt der Einrichtung zum Öffnen und Schließen der Greifer bringbar ist, wenn die zweite Hülse (30) in ihrer axial eingerückten Stellung ist.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Nockenelement (51) ein mit einer Umfangsnut versehenes zylindrischen Element (41) aufweist, und
daß die Antriebseinrichtung zum Einspannen und Ausspannen des Werkzeuges auf weist:
ein Schwenkelement (52), das in Abhängigkeit von dem vierten Nockenelement (51) verschwenkbar ist,
ein Zugteil (53) in der lösbaren Werkzeughalteeinrichtung 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. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Nockenelement (37) einen ersten Nockenabschnitt (206) aufweist, 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 Nachlaufrollen (39, 40) lösbar ist, um den Dreharm (16) stationär zu halten.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Nockenelement (42) einen ersten Nockenabschnitt (205) zum Bewegen der zweiten Hül se (30) in eine axiale Richtung aufweist, um die Werkzeuge von dem Werkzeugmagazin (8) und von der Hauptspindel (11) abzunehmen, ferner einen zweiten Nockenabschnitt aufweist, um die zweite Hülse (30) in einer ersten stationären Position zu halten, ferner einen dritten Nockenabschnitt (207) hat, um die zweite Hülse (30) in axialer Gegenrich tung zu bewegen, um die Werkzeuge in die Hauptspindel (11) und das Werkzeugmaga zin (8) einzuführen, und einen vierten Nockenabschnitt, um eine zweite stationäre Posi tion der zweiten Hülse (30) aufrechtzuerhalten.

9. Werkzeugmaschine 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. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Nockenelement (47) einen ersten Nockenabschnitt (203) aufweist, um das Zahnstan genelement (48) in eine Richtung zu bewegen und den Drehstab (33) zu drehen, so daß die Werkzeughaltegreifer (15) geschlossen werden, ferner einen zweiten Nockenab schnitt aufweist, um den geschlossenen Zustand der Werkzeughaltegreifer (15) auf rechtzuerhalten, einen dritten Nockenabschnitt (209), um das Zahnstangenelement (48) in Gegenrichtung zu bewegen und die Werkzeughalte greifer (15) zu öffnen, und einen vierten Nockenabschnitt aufweist, um den Öffnungszu stand der Werkzeughaltegreifer (15) aufrechtzuerhalten.

11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Nockenelement (51) einen ersten Nockenabschnitt (204) aufweist, um den Stift (54) nach unten zu drücken und das Werkzeug in einen nicht eingespannten Zustand in der Hauptspindel (11) zu überführen, einen zweiten Nockenabschnitt, um den nicht einge spannten Zustand des Werkzeuges aufrechtzuerhalten, einen dritten Nockenabschnitt (209), um den Stift (54) freizugeben und den Werkzeugeinspannzustand in der Haupt spindel (11) aufrechtzuerhalten, und einen vierten Nockenabschnitt hat, um den Werk zeugeinspannzustand aufrechtzuerhalten.

12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Nockenabschnitt (203) des dritten Nockenelementes (47) teilweise überlap pend mit dem ersten Nockenabschnitt (204) des vierten Nockenelementes (51) ange ordnet sind, und daß der zweite Nockenabschnitt des vierten Nockenelementes (51) teilweise überlappend mit dem zweiten Nockenabschnitt des dritten Nockenelementes (47) angeordnet sind, und daß ferner der dritte Nockenabschnitt (209) des dritten Noc kenelementes (47) sich teilweise mit dem dritten Nockenabschnitt (208) des vierten Noc kenelementes (51) überlappt, und daß der vierte Nockenabschnitt des dritten Noc kenelementes (47) sich mit dem vierten Nockenabschnitt des vierten Nockenelementes (51) überlappt.

13. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werk zeugmagazin (8) an dem Hauptspindelkopf (3) angebracht ist.

14. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Drehen des Schwenkarmes (16) derart, daß eine halbe Drehung um seine Mitte lachse ausgeführt wird und ein Ende des Schwenkarmes (16) mit der lösbaren Werk zeugaufnahme der Hauptspindel (11) fluchtet und das andere Ende mit den Werkzeug aufnahmen des Werkzeugmagazins, vorgesehen ist.

15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein richtung zum Drehen ein Hülsenelement (30) aufweist, das drehbar um seine Achse und in axialer Richtung bewegbar ist, und daß der Schwenkarm (16) an seinem Längsmittel teil fest mit einem Ende des Hülsenteils (30) verbunden ist.

16. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich net, daß das Werkzeugmagazin (8) ein Drehteil (153) mit einer Anzahl von Werkzeug aufnahmen (34) umfaßt, wobei die Werkzeugaufnahmen (34) schwenkbar an dem Drehteil (153) angebracht sind, derart, daß diese in der Lage sind, wahlweise in eine Werkzeugwechselposition zu schwenken, in welcher das entsprechende Werkzeug von jenem Schwenkarm (16) erfaßbar ist, und daß ein Trommelnocken (156) vorgesehen ist, welcher mit wenigstens einer, einer Anzahl von Rollen (155), welche mit dem Drehteil 153 verbunden sind, und in Abständen voneinander auf einer Kreisbahn angeordnet sind, in Eingriff bringbar ist, um dadurch jenes Drehteil (153) um seine Achse zu schwen ken, und eine der Werkzeugaufnahmen (34) in eine Position zu bringen, in welcher der Schwenkarm (16) das entsprechende, in der ihm zugeordneten Werkzeugaufnahme (34) aufgenommene Werkzeug, ergreifen kann.

17. Werkzeugmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin 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 Werkzeugauf nahmen in Eingriff mit dem Gleitstück (168) bringbar sind, um eine der Werkzeugauf nahmen zu verschwenken und hierdurch das Werkzeug (13) in der Werkzeugaufnahme in Ausrichtung zu dem Schwenkarm (16) zu bringen.