DE4022048C2

DE4022048C2 -

Info

Publication number: DE4022048C2
Application number: DE4022048A
Authority: DE
Inventors: Karl-Josef 4050 Moenchengladbach De Esser
Original assignee: Doerries Scharmann 4050 Moenchengladbach De GmbH
Current assignee: DS Technologie Werkzeugmaschinenbau GmbH
Priority date: 1990-07-11
Filing date: 1990-07-11
Publication date: 1993-07-08
Also published as: DE4022048A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechselvorrichtung an Werkzeugmaschinen, insbesondere an Horizontalbohr- und -fräsmaschinen mit an einem, um sein eines Ende oder um seine Mittelachse drehbaren und parallel zur Spindelachse eines Spindelgehäuses der Werkzeugmaschine verschiebbaren Wechselarm ein- oder beidendig angeordneten Werkzeuggreifern, einem gemeinsamen Drehantrieb für einen ersten, die Linearbewegung des Wechselarms bewirkenden Koppeltrieb und einen zweiten, die Drehbewegung des Wechselarms bewirkenden Koppeltrieb.

Eine gattungsgemäße Wechselvorrichtung dieser Art ist in der deutschen Offenlegungsschrift 37 35 384 beschrieben.

Bei dieser Vorrichtung wird der Wechselarm mit seiner Welle axial im Drehlager bewegt, und diese Linearbewegung des Wechselarms wird durch einen Koppeltrieb aus einem räumlichen Koppeltrieb mit Hebelübertragung auf die Wechselarmwelle bewirkt. Der zweite, die Drehbewegung des Wechselarms bewirkende Koppeltrieb besteht aus einer Nockenweiterschalteinrichtung mit einem ersten Nockenelement, einer Nockennachlaufeinrichtung, wobei das erste Nockenelement Verbundnocken aufweist, die einander überlagert sind und die Nockennachlaufeinrichtung Nachlaufrollen aufweist, die die Wechselarmdrehung über eine drehfest mit der Wechselarmwelle verbundene Hülse, in der die Wechselarmwelle axial verschiebbar ist, bewirken. Des weiteren ist eine Greiferantriebseinrichtung vorgesehen, die das Öffnen und Schließen der Greifer über einen weiteren Nockentrieb bewirkt. Auch das Einspannen und Ausstoßen des Werkzeuges in der Spindel wird über einen räumlichen Nockentrieb mit Hebelübertragung bewirkt, wobei sämtliche Nockenelemente auf einer Antriebswelle angeordnet sind.

Diese Wechselvorrichtung besteht aus vielen Einzelteilen, die miteinander zusammenwirken und deren Toleranzen und Spiel sich addieren. Dies führt zu einem hohen Verschleiß und daher Wartungsaufwand. Des weiteren sind die rotierenden Massen an dieser bekannten Werkzeugwechselvorrichtung verhältnismäßig groß, so daß große Beanspruchungen bei Beschleunigung und Verzögerung auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugwechselvorrichtung zu schaffen, die mit einfachen und robusten mechanischen Mitteln die Linearbewegung und die Drehbewegung des Wechselarms durchzuführen gestattet, wobei die Vorrichtung weitgehend wartungs- und abnutzungsfrei sein soll.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß der Drehantrieb in einem parallel zur Spindelachse linear verschiebbaren Wechselgehäuse angeordnet ist und Mitnehmer aufweist, wobei der eine Mitnehmer am Spindelgehäuse angreift und die Linearbewegung bewirkt, während der andere Mitnehmer mit dem Koppeltrieb für die Drehbewegung des Wechselarms zusammenwirkt und über eine axial gegenüber dem Drehantrieb verschiebbarer Antriebswelle mit einem werkzeugmaschinenfesten Antriebsmotor in Antriebsverbindung steht.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, zwischen dem Antrieb und dem zu bewegenden Teil ein Übertragungselement anzuordnen, das das zu bewegende Teil in den Endstellungen verriegelt und das dem Antrieb einen Auslauf freigibt, wohingegen der Antrieb während der Bewegung des zu bewegenden Teils mit diesem Teil fest gekuppelt ist und die Verriegelungen gelöst sind. Durch diese Anordnung kommt es nicht darauf an, den Antrieb für eine Positionierung genau zu steuern, da er sich im Ein- und Auflauf bereich der Koppeltriebe frei bewegen kann, während aber gleichzeitig das zu bewegende Teil in seiner Endstellung positioniert und verriegelt bleibt. Für den Drehantrieb lassen sich einfache Hydraulik- oder Pneumatik-Kolben-Zylinder- Einheiten oder ein Elektromotor einsetzen. Der Elektromotor erfordert keine sehr genaue Abschaltung, da der Auslauf des Antriebes für das Positionieren und Verriegeln des zu bewegen den Teils eine untergeordnete Rolle spielt. Durch die Erfindung werden die Linearbewegung des Wechselarms und seine Drehbewe gung miteinander gekoppelt, jedoch sind das Positionieren und das Verriegeln voneinander entkoppelt, so daß es möglich ist, die Bewegung des Drehantriebs unabhängig von den Anforderungen des Positionierens und Verriegelns zu gestalten. Die Koppel triebe lassen sich so gestalten, daß der Bewegungsbeginn und das Bewegungsende des zu bewegenden Teils harmonisch mit von "Null" langsam ansteigender Beschleunigung und Geschwindigkeit sowie auf "Null" abgebremster Geschwindigkeit mit einer von "Null" anwachsender und wieder auf "Null" zurückgehenden Ver zögerung erfolgen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich mechanisch robust ausführen und unterliegt einer geringen Abnutzung, da die Kräfte auf den Antrieb und die übrigen Teile beim Beschleunigen und Abbremsen aufgrund des harmonischen Bewegungsverlaufs gering sind. Dieser Bewegungsverlauf ist weitgehend unabhängig von den zu bewegenden Massen und den herrschenden Temperaturen.

Durch den in einem parallel zur Spindelachse linear verschiebbaren Wechselgehäuse angeordneten Drehantrieb und die axial gegenüber dem Drehantrieb verschiebbare, mit dem werkzeugmaschinenfesten Antriebsmotor in Antriebsverbindung stehende Antriebswelle entfallen Hydraulikleitungen und Steuerkreise am Spindelgehäuse für die Linearbewegung und die Drehbewegung des Wechselarms, und es ist nur eine einfache mechanische Kupplung in der Antriebswelle erforderlich, wenn das Spindelgehäuse an der Werkzeugmaschine auswechselbar angeordnet ist.

Der Drehantrieb kann ein Rad mit zur Spindelachse senkrechter Drehachse und beidseitig angeordneten Mitnehmerzapfen aufweisen, wobei der untere Mitnehmerzapfen mit einer Quernut im Spindelgehäuse und der obere Mitnehmerzapfen mit einem Malteserkreuzgetriebe für den Wechselarm zusammenwirkt.

Um einen zeitweiligen Stillstand des Wechslergehäuses zu bewirken, kann die Quernut einen bogenförmigen Bereich aufweisen, in dem sich der untere Mitnehmerzapfen auf einer entsprechenden bogenförmigen Bahn bewegt, währenddessen sich der obere Mitnehmerzapfen im Eingriff mit dem Malteserkreuz getriebe befindet.

Der bogenförmige Bereich der Quernut und das Malteserkreuz getriebe können vorzugsweise so gestaltet sein, daß sich die Stillstandszeit des Wechslergehäuses über einen Drehwinkel des Rades von etwa 120° und die Vor- und Rückbewegung ebenfalls über je etwa 120° erstrecken. - Um dieses zu erreichen, kann der bogenförmige Bereich der Quernut aus einem Kreisbogen mit dem Radius der Umlaufbahn des unteren Mitnehmerzapfens bestehen.

Reicht der Platz im Wechslergehäuse aus, kann das Malteserkreuz getriebe für einen vollständigen Umlauf des Malteserkreuzes bei sechs Umdrehungen des Rades des Drehantriebes gestaltet sein. In diesem Fall läuft das Rad des Drehantriebs grundsätzlich in einer Richtung um. - Reicht der Platz im Wechslergehäuse nicht aus, kann das Malteserkreuzgetriebe aus einem Segment mit einer radialen Nut und beiderseits davon angeordneten, mit einem mondsichelförmigen Sperrzapfen auf dem Rad zusammenwirkenden Rastausnehmungen bestehen, wobei der Abstand der Drehachsen des Rades und des Malteserkreuzsegmentes etwa gleich dem Durch messer der Umlaufbahn des oberen Mitnehmerzapfens ist. In diesem Fall kann sich das Malteserkreuzsegment nur zwischen zwei Endstellungen bewegen, so daß es erforderlich ist, daß das Rad des Drehantriebs nach jedem Umlauf die Drehrichtung umkehrt. Dies läßt sich auf einfache Weise durch einen drehrichtungs umsteuerbaren Antriebsmotor erreichen, was erheblich einfacher zu bewerkstelligen ist, als ein verhältnismäßig großes, axial verschiebbares Wechselgehäuse auf dem Spindelgehäuse unterzu bringen.

Da der Schwenkwinkel des Malteserkreuzsegmentes begrenzt ist, der Wechselarm jedoch bei jedem Werkzeugwechsel eine Drehung um 180° durchführen soll, kann ein Mitnehmerzapfen am Malteser kreuzsegment mit einer Radialnut an einem Schwenkhebel in Eingriff stehen, dessen Schwenkachse parallel zu den Drehachsen des Rades und des Malteserkreuzsegments angeordnet ist und zusammen mit einem Kegelradabtrieb eine Drehung des Wechselarms um 180° bei einer Drehung des Rades um 360° bewirkt.

Im einzelnen läßt sich dies konstruktiv erreichen, wenn die Schwenkachse des Schwenkhebels die Verbindungsgerade der Drehachsen des Rades und des Malteserkreuzsegmentes etwa mittig schneidet und das Übersetzungsverhältnis im Kegelrad antrieb 1 : 1,5 beträgt.

Um den Antriebsmotor nach jedem Drehzyklus des Rades von 360° in seiner Drehrichtung umkehren und auch Zwischenstellungen ansteuern zu können, kann der Antriebsmotor eine Endschalter trommel und einen Drehmelder aufweisen.

Eine besonders raumsparende Anordnung der Wechselvorrichtung läßt sich erreichen, wenn die Drehachse des Wechselarms um 45° zur Spindelachse geneigt ist und der bzw. die Werkzeuggreifer einen Winkel von 45° zur Drehachse einnehmen. Auf diese Weise ergibt sich ein Winkel zwischen den Werkzeuggreifern von 90°, so daß sich an einer Werkzeugmaschine mit waagerecht liegender Spindelachse auf dem Spindelgehäuse ein Kettenmagazin mit senkrechten Werkzeugaufnahmen anordnen läßt.

Die Werkzeuggreifer können vorzugsweise auf dem Wechselarm einziehbar angeordnet sein, so daß sie weder die Bearbeitung eines Werkstückes mittels eines in der Spindel eingespannten Werkzeuges noch den Suchlauf des Kettenmagazins behindern, auch wenn der Wechselarm während dieser Zeit in der Werkzeugaufnahme- bzw. Übergabestellung verbleibt.

Da das Greifen der Werkzeuge im Kettenmagazin und in der Spindel mit den beiden Greifern gleichzeitig erfolgt, können das Einziehen, Ausfahren, Lösen und Spannen der beiden Werkzeug greifer mittels einer Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheit für jeden Greifer und einem gemeinsamen Steuerventil erfolgen. Es sind somit nur zwei Hydraulikleitungen mit entsprechenden Dockstellen am Spindelgehäuse und am Werkzeugmaschinengehäuse erforderlich, falls das Spindelgehäuse auswechselbar ist, wobei Undichtigkeiten in den entsprechenden Dockstellen auf die Funktion der Werkzeuggreifer keinen Einfluß haben, da deren Endstellungen durch mechanische Anschläge in den Hydaulik- Kolben-Zylinder-Einheiten festgelegt sind.

Um die Wechselarmstellungen nach einer Drehung um 180° sowie Zwischenstellungen ansteuern zu können, können Näherungs schalter am Wechslergehäuse angebracht sein, die über beweg liche Leitungen und einfache Steckverbindungen mit einer Steuereinheit in Verbindung stehen.

Der Antriebsmotor kann vorteilhafterweise aus einem Drehstrom- Servomotor bestehen, der sich für den vorgesehenen Zweck genau genug ansteuern läßt, da der Drehantrieb in Verbindung mit den Koppeltrieben für die Linearbewegung und die Drehbewegung des Wechselarms einen gewissen Auslauf toleriert.

Ist das Spindelgehäuse auswechselbar am Werkzeugmaschinen gehäuse angeordnet, lassen sich die Antriebswellen und Dock stellen vorzugsweise mittels Schnellkupplungen lösbar verbinden.

Für die Antriebswelle kann die Schnellkupplung derart gestaltet sein, daß der Antriebsmotor über ein Vorgelege mit einer axial mittels seiner Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheit verschiebbaren Antriebswelle gekuppelt ist, die ihrerseits über eine Kupplung mit der im Spindelgehäuse axial unverschiebbar angeordneten Antriebswelle in Antriebsverbindung steht. Soll ein Spindel gehäuse gegen ein anderes ausgewechselt werden, wird die axial verschiebbare Antriebswelle zurückgefahren, wodurch sie von der im Spindelgehäuse angeordneten Antriebswelle entkuppelt ist.

Der Drehantrieb im Wechslergehäuse kann so gestaltet sein, daß die Antriebswelle in einem Stirnrad im Wechslergehäuse axial verschiebbar angeordnet ist, sowie dieses Stirnrad über ein weiteres Gegenstirnrad und eine gleichachsige Schnecke in Antriebsverbindung mit dem als Schneckenrad ausgebildeten Rad des Drehantriebs steht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert und es zeigt

Fig. 1 einen waagerechten Schnitt durch den Drehan trieb der Wechselwirkung,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen waagerechten Schnitt durch das Wechsler gehäuse entlang der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 einen waagerechten Schnitt durch das Wechsler gehäuse gemäß Fig. 2 entlang der Linie IV-IV.

Von einer Werkzeugmaschine ist ein, einen Spindelkasten schema tisierendes Werkzeugmaschinengehäuse 1 andeutungsweise darge stellt. An diesem Werkzeugmaschinengehäuse 1 ist ein Spindel gehäuse 2 in im einzelnen nicht dargestellter Weise lösbar befestigt. Von einer Bohrspindel ist nur die Spindelachse 3 andeutungsweise dargestellt.

Am Spindelgehäuse 2 sind parallele Führungsstangen 4 ange ordnet, auf denen ein Wechslergehäuse 5 mittels Kugelführungen 6 in Richtung der Spindelachse 3 verschiebbar angeordnet sind. Das Wechslergehäuse 5 trägt einen Wechselarm 7, dessen Dreh achse 8 im dargestellten Beispiel um 45° zur Spindelachse 3 geneigt ist. Die Drehachse 8 kann auch parallel zur Spindel achse 3 verlaufen.

Der Wechslerarm 7 ist als zweiarmiger Hebel mit Greifern 9 an jedem Ende dargestellt. Daher entspricht die Drehachse 8 der Mittelachse des Wechselarms 7. Der Wechselarm 7 kann auch als einarmiger Hebel gestaltet sein. In diesem Falle endet der Wechselarm 7 im Bereich der Drehachse 8.

Im dargestellten Fall sind in den beiden Enden des Wechselarms 7 Greiferführungen 10 angeordnet, die zur Drehachse 8 unter einem Winkel von 45° stehen und zueinander einen Winkel von 90° einschließen. Auf diese Weise wird ein Werkzeug von einem Greifer 9 axial in die Werkzeugmaschinenspindel eingesetzt, während der andere Greifer 9 ein Werkzeug aus einem oberhalb des Werkzeugmaschinengehäuses 1 angeordneten waagerechten Kettenmagazin 63 mit senkrechten Werkzeugaufnahmen 64 entnehmen kann.

Die Greiferführungen 10 können auch in einer Ebene liegen, wenn die Drehachse 8 parallel zur Spindelachse 3 verläuft. In diesem Fall muß das Kettenmagazin 63 senkrecht oberhalb der Werkzeugmaschine angeordnet sein und Werkzeugaufnahmen 64 eine waagerechte Achse aufweisen.

Der Wechselarm 7 ist mittels eines Wälzlagers 16 in einem Lagerhals 11 des Wechslergehäuses 5 drehbar gelagert. Durch den Lagerhals 11 ist eine Welle 14 geführt, die im Lagerhals über Wälzlager 15 drehbar gelagert ist. An ihrem inneren Ende weist die Welle 14 ein Kegelrad 12 und an ihrem äußeren Ende einen Flansch 13 auf, der die Drehbewegung der Welle 14 auf den Wechselarm 7 überträgt.

Im Wechslergehäuse 5 ist ein Drehantrieb 17 in Form eines Schneckenrades mit einer zur Spindelachse 3 senkrechten Drehachse 26 über Wälzlager 18 drehbar gelagert. Das Schnecken rad 17 weist einen unteren Mitnehmerzapfen 19 und einen oberen Mitnehmerzapfen 20 auf. Der untere Mitnehmerzapfen 19 steht in Eingriff mit einer Quernut 22, die in einer mit dem Spindel gehäuse 2 verschraubten Platte 21 angeordnet ist. Die Quernut 22 weist einen kreisbogenförmigen Bereich 23 im Bereich einer durch die Spindelachse 3 verlaufenden senkrechten Ebene auf. Der Radius R dieses kreisbogenförmigen Bereiches 23 ist gleich dem Radius R des Mittelpunktes des Mitnehmerzapfens 19 auf dem Schneckenrad 17.

Wird das Schneckenrad 17 in Drehung versetzt, zieht sich das Wechslergehäuse 5 mittels des in der Quernut 22 geführten Mitnehmerzapfens 19 in der Zeichnung nach links, bis der Mitnehmerzapfen 19 nach einer Drehung um etwa 120° in den kreisbogenförmigen Bereich 23 der Quernut 22 gelangt. Dieser kreisbogenförmige Bereich 23 ersteckt sich über einen Winkel von etwa 120°, so daß das Wechslergehäuse 5 während der Drehung über diese 120° stillsteht. Danach wird das Wechsler gehäuse 5 über weitere 120° mittels des Mitnehmerzapfens 19 und der Quernut 22 wieder in die dargestellte Stellung zurück geführt. Somit erfolgt über die ersten 120° einer Umdrehung des Schneckenrades 17 die Bewegung des Wechslergehäuses 5 nach links, über weitere 120° ein Stillstand des Wechsler gehäuses 5 und über die letzten 120° die Rückbewegung des Wechslergehäuses 5 in die ursprüngliche Stellung.

Der obere Mitnehmerzapfen 20 am Schneckenrad 17 steht in Wirkverbindung mit einer Radialnut 25 eines Malteserkreuz segments 24. Dieses Malteserkreuzsegment 24 ist mittels Wälzlager 28 auf einer gehäusefesten Welle 27 schwenkbar gelagert. Die Drehachse 26 des Schneckenrades 17 und die Drehachse 31 des Malteserkreuzsegmentes 24 sind parallel zueinander angeordnet und weisen einen Abstand zueinander auf, der etwa dem Durchmesser des Bewegungskreises des Mittelpunktes des oberen Mitnehmerzapfens 20 entspricht. - In der Drehachse 26 ist ein mondsichelförmiger Sperrzapfen 29 oberhalb des Schneckenrades 17 angeordnet und wirkt mit zwei Rastausnehmungen 30 im Malteserkreuzsegment 24 zusammen. Der Sperrzapfen 29 verriegelt das Malteserkreuzsegment 24 in der einen oder der anderen Schwenkstellung, solange nicht der obere Mitnehmerzapfen 20 in Eingriff mit der Radialnut 25 steht. Dieser Eingriff des oberen Mitnehmerzapfens 20 mit der Radialnut 25 beginnt nach einem Drehwinkel des Schneckenrades 17 von 120° und ist nach einer weiteren Drehung um 120° wieder beendet. Hieraus folgt, daß sich das Malteserkreuzsegment 24 bei einer vollen Umdrehung des Schneckenrades 17 um einen Winkel von 60° bewegt.

Um eine Drehung des Wechselarms 7 von 180° bei einer vollen Umdrehung des Schneckenrades 17 zu erreichen, muß der Schwenk winkel von 60° des Malteserkreuzsegments 24 übersetzt werden. Dies wird zunächst durch einen oberhalb des Malteserkreuz segments 24 gelagerten Schwenkhebel 33 erreicht. Dieser weist eine Radialnut 34 auf, die mit einem Mitnehmerzapfen 32 auf der Oberseite des Malteserkreuzsegmentes 24 in Eingriff steht. Der Schwenkhebel 33 ist auf einer Welle 36 befestigt, die selber wiederum mittels Wälzlagern 38 im Wechslergehäuse 5 gelagert ist. Die Schwenkachse 35 der Welle 36 verläuft par allel zu den Drehachsen 26 und 31 des Schneckenrades 17 und des Malteserkreuzsegments 24 und schneidet die Verbindungsgrade dieser Drehachse 26 und 31 etwa in der Mitte. Die Welle 36 trägt ein Kegelrad 37, das mit dem Kegelrad 12 in Eingriff steht. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Kegelrad 37 und dem Kegelrad 12 beträgt 1 : 1,5. Auf diese Weise wird der Schwenkwinkel des Malteserkreuzsegments 24 um den Faktor drei übersetzt und ergibt einen Drehwinkel des Wechselarms 7 von 180° für eine vollständige Umdrehung des Schneckenrades 17.

Wird das Kegelrad 37 direkt mit dem Malteserkreuzsegment 24 gekuppelt, was ebenfalls möglich ist, wenn dieses Kegelrad 37 als Kegelradsegment ausgebildet wird, muß das Übersetzungs verhältnis zwischen diesem Kegelradsegment und dem Kegelrad 12 gleich 1 : 3 sein, um für einen Schwenkwinkel des Malteserkreuz segments 24 von 60°, einen Drehwinkel des Wechselarms 7 von 180° zu erreichen.

Das Schneckenrad 17 steht in Eingriff mit einer Schnecke 39, die auf einer in Wälzlagern 41 gelagerten Welle angeordnet ist. Koaxial zu dieser Schnecke 39 befindet sich ein Stirnrad 40, das in Eingriff mit einem weiteren Stirnrad 42 steht. Dieses Stirnrad 42 ist mittels Wälzlagern 43 im Wechslergehäuse 5 gelagert. Durch das Stirnrad 42 ist eine Antriebswelle 44 axial verschiebbar, jedoch gegenüber dem Stirnrad 42 unverdrehbar geführt. Die Antriebswelle 44 ist mittels eines Wälzlagers 45 im Spindelgehäuse 2 gelagert. Dieses Wälzlager 45 dient als Radial- und Axiallager, so daß die Antriebswelle 44 axial unver schiebbar ist, während sich das Wechslergehäuse 5 bei einer Drehung der Antriebswelle 44 in der beschriebenen Weise in Richtung der Spindelachse 3 vor und zurück bewegt. Am werkzeug maschinengehäuseseitigen Ende der Antriebswelle 44 ist eine Kupplungshälfte 46 angeordnet, die mit einer zweiten Kupplungs hälfte 47 kuppelbar ist. Diese zweite Kupplungshälfte 47 ist auf einer axial verschiebbaren Antriebswelle 48 im Werkzeug maschinengehäuse 1 angeordnet, wobei die Antriebswelle 48 am kupplungsseitigen Ende in einem Wälzlager 69 axial verschiebbar gelagert ist. Am entgegengesetzten Ende ist die Antriebswelle 48 in einem Stirnrad 49 axial verschiebbar, jedoch undrehbar angeordnet. - Das Stirnrad 49 ist mittels Wälzlager 50 im Werkzeugmaschinengehäuse 1 gelagert. Mit einem Axialwälzlager 51 am stirnseitigen Ende der Antriebswelle 48 befindet sich eine Schaltgabel 52 in Eingriff, die die axiale Verschiebung der Antriebswelle 48 mittels einer Hydraulik-Kolben-Zylinder- Einheit 53 bewirkt. Diese Einheit wird betätigt, wenn die Kupplungshälften 46, 47 getrennt werden sollen, um das Spindel gehäuse 2 gegen ein anderes auszuwechseln. Der Weg der Hydrau lik-Kolben-Zylinder-Einheit wird mittels Näherungsschalter 54 kontrolliert.

Das Stirnrad 49 steht in Eingriff mit einem Stirnrad 55, das auf einer Welle 56 angeordnet ist, die über Wälzlager 57 im Werkzeugmaschinengehäuse 1 gelagert ist. Ein Antriebsmotor 58 in Form eines Drehstrom-Servomotors treibt die Welle 56 an. Mit dem Antriebsmotor 58 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 59 eine Endschaltertrommel und ein Drehmelder angeordnet. Diese Endschaltertrommel und der Drehmelder dienen in Verbindung mit Näherungsschaltern 62 im Bereich des Wechselarms 7 dazu, die Drehung des Wechselarms 7 um 180° sowie Zwischenstellungen zu steuern. Besonders beim Wechseln großer Werkzeuge, die eine Platzkodierung aufweisen, muß der Bewegungsablauf nach ca. 90°-Drehung des Wechselarms 7 unterbrochen werden, um den Magazinsuchlauf zu ermöglichen.

In den Greiferführungen 10 sind je eine Hydraulik-Kolben- Zylinder-Einheit 60 angeordnet, die das Aus- und Einfahren der Greifer 9, sowie das Öffnen und Schließen der Greifer 9 bewirken. Da beide Greifer 9 gleichzeitig betätigt werden, um ein Werkzeug in der Werkzeugmaschinenspindel und ein Werkzeug im Kettenmagazin 63 zu ergreifen, können die Hydraulik-Kolben- Zylinder-Einheiten 60 über ein gemeinsames Steuerventil 61 angesteuert werden, was die Anzahl der Leitungsverbindungen und Kupplungen halbiert.

Die Greifer 9 sind im gelösten Zustand eingezogen und erlauben in dieser Stellung den Suchlauf des Kettenmagazins 63, die Spindeldrehung sowie das Auswechseln des gesamten Spindel gehäuses 2. Die Stellungen der Greifer 9 werden getrennt durch die Näherungsschalter 62 überwacht, die am Wechslergehäuse 5 befestigt sind. Die Greiferform ist den Doppelbundwerkzeugen nach VDI 2814 C (ähnlich DIN 69 871 Form C) angepaßt, wobei ein abgeflachter Absatz zwischen dem Doppelbund als Verdreh sicherung genutzt wird. Zum Greifen eines Werkzeuges müssen Mitnehmersteine in der Spindel waagerecht stehen.

Der Lagerhals 11 zur Aufnahme des Wechselarms 7 dient auch in nicht dargestellter Weise als Drehdurchführung für die Druckmittelversorgung der Hydraulik-Kolben-Zylinder- Einheiten 60.

Durch die Anordnung des Wechslergehäuses 5 auf dem Spindel gehäuse 2 wird dieses beim Wechseln des Spindelgehäuses 2 mit abgeschoben. Dazu wird die Kupplung 46, 47 getrennt, wobei die spindelgehäuseseitige Kupplungshälfte 46 mechanisch verriegelt wird, um ein Verstellen des Wechselarms 7 zu verhindern. Voraussetzung für eine korrekte Funktion ist die richtige Winkellage der Antriebswelle 44 und 48.

Des weiteren werden beim Spindelgehäusewechsel die Energie zufuhr zum Wechslergehäuse 5, d. h. die Hydraulik für die Greifer 9 und die Endschalterleitungen an der Andockeinrich tung getrennt. Die Greifer sind beim Abschieben eingezogen. Diese Lage wird durch hydraulisch entsperrbare Rückschlag ventile gesichert.

Wie aus dem Vorstehenden zu entnehmen ist, wird eine kürzere Wechselzeit gegenüber bekannten Hydrauliksystemen erreicht, da die Bewegungen der Teile ohne Signalverarbeitung zwischen den einzelnen Bewegungsschritten erfolgen.

Bezugszeichenliste

"Werkzeugwechselvorrichtung an Werkzeugmaschinen"

1 Werkzeugmaschinengehäuse=Spindelkasten
2 Spindelgehäuse
3 Spindelachse
4 Führungsstange
5 Wechslergehäuse
6 Kugelführungen
7 Wechselarm
8 Drehachse=Mittelachse
9 Greifer
10 Greiferführungen
11 Lagerhals
12 Kegelrad
13 Flansch
14 Welle
15 Wälzlager
16 Wälzlager für Wechselarm
17 Drehantrieb=Schneckenrad
18 Wälzlager
19 Mitnehmerzapfen
20 Mitnehmerzapfen
21 Platte
22 Quernut
23 kreisbogenförmiger Bereich
24 Segment Malteserkreuzgetriebe
25 Radialnut
26 Drehachse
27 Welle
28 Wälzlager
29 mondsichelförmiger Sperrzapfen
30 Rastausnehmung
31 Drehachse
32 Mitnehmerzapfen
33 Schwenkhebel
34 Radialnut
35 Schwenkachse
36 Welle
37 Kegelrad
38 Wälzlager
39 Schnecke
40 Stirnrad
41 Wälzlager
42 Stirnrad
43 Wälzlager
44 axial verschiebbare Antriebswelle
45 Wälzlager
46 Kupplungshälfte
47 Kupplungshälfte
48 Antriebswelle
49 Stirnrad
50 Wälzlager
51 Axialwälzlager
52 Schaltgabel
53 Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheit
54 Näherungsschalter
55 Stirnrad
56 Welle
57 Wälzlager
58 Antriebsmotor=Drehstrom-Servomotor
59 Endschaltertrommel mit Drehmelder
60 Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheit
61 gemeinsames Steuerventil
62 Näherungsschalter
63 Kettenmagazin
64 Werkzeugaufnahme
65 Wälzlager
R Radius

Claims

1. Werkzeugwechselvorrichtung an Werkzeugmaschinen, insbesondere an Horizontalbohr- und -fräsmaschinen, mit an einem um sein eines Ende oder um seine Mittelachse drehbaren und parallel zur Spindelachse eines Spindelgehäuses der Werkzeugmaschine verschiebbaren Wechselarm ein- oder beidendig angeordneten Werkzeuggreifern, einen gemeinsamen Drehantrieb für einen ersten, die Linearbewegung des Wechselarms bewirkenden Koppeltrieb und einen zweiten, die Drehbewegung des Wechselarms bewirkenden Koppeltrieb dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (17, 39) in einem parallel zur Spindelachse (3) linear verschiebbaren Wechslergehäuse (5) angeordnet ist und Mitnehmer (19, 20) aufweist, wobei der eine Mitnehmer (19) am Spindelgehäuse (2) angreift und die Linearbewegung bewirkt, während der andere Mitnehmer (20) mit dem Koppeltrieb (24, 25, 26, 30) für die Drehbewegung des Wechselarms (7) zusammenwirkt und über eine axial gegenüber dem Drehantrieb (17, 39) verschiebbare Antriebswelle (44) mit einem werkzeugmaschinenfesten Antriebsmotor (58) in Antriebsverbindung steht.

2. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb ein Rad (17) mit zur Spindelachse (3) senkrechter Drehachse (26) und beidseitig angeordneten Mitnehmerzapfen (19, 20) aufweist, wobei der untere Mitnehmerzapfen (19) mit einer Quernut (22) im Spindelgehäuse (2) und der obere Mitnehmerzapfen (20) mit einem Malteserkreuzgetriebe (24, 25, 26, 30) für den Wechsel arm (7) zusammenwirkt.

3. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Quernut (22) einen bogenförmigen Bereich (23) aufweist, der einen zeitweiligen Stillstand des Wechsler gehäuses (5) bewirkt, währenddessen sich der obere Mitnehmer zapfen (20) in Eingriff mit dem Malteserkreuzgetriebe (24, 25, 26, 30) befindet.

4. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß sich die Stillstandszeit des Wechslergehäuses (5) über einen Drehwinkel des Rades (17) von etwa 120° und die Vor- und Rückbewegung ebenfalls je über etwa 120° erstrecken.

5. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bogenförmige Bereich (23) der Quernut (22) aus einem Kreisbogen mit dem Radius (R) der Umlaufbahn des unteren Mitnehmerzapfens (19) besteht.

6. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Malteser kreuzgetriebe aus einem Segment (24) mit Radialnuten (25) und beiderseits davon angeordneten, mit einem mondsichel förmigen Sperrzapfen (26) auf dem Rad (17) zusammenwirkenden Rastausnehmungen (30) besteht und der Abstand der Drehachse (26, 31) des Rades (17) und des Malteserkreuzsegmentes (24) etwa gleich dem Durchmesser der Umlaufbahn des oberen Mit nehmerzapfens (20) ist.

7. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Mitnehmerzapfen (32) am Malteserkreuz segment (24) mit einer Radialnut (34) an einem Schwenkhebel (33) in Eingriff steht, dessen Schwenkachse (35) achsparallel zu den Drehachsen (26, 31) des Rades (17) und des Malteser kreuzsegments (24) angeordnet ist und zusammen mit einem Kegelradantrieb (12, 37) eine Drehung des Wechselarms (7) um 180° bei einer Drehung des Rades (17) um 360° bewirkt.

8. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schwenkachse (35) des Schwenkhebels (33) die Verbindungsgerade der Drehachsen (36, 31) des Rades 17 und des Malteserkreuzsegments (24) etwa mittig schneidet und das Übersetzungsverhältnis im Kegelradantrieb (12, 37) 1 : 1,5 beträgt.

9. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebs motor (58) drehrichtungsumsteuerbar ist und nach jedem Drehzyklus des Rades (17) von 360° in seiner Drehrichtung umgekehrt wird.

10. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Antriebsmotor (58) eine Endschaltertrommel und ein Drehmelder gekuppelt sind.

11. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (8) des Wechselarms (7) um 45° zur Spindelachse (3) geneigt und der bzw. die Werkzeuggreifer (9) einen Winkel von 45° zur Drehachse (8) aufweisen.

12. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der Wechselarm (7) um seine Mittelachse (8) drehbar ist und beidendig einen Werkzeuggreifer (9), die zueinander einen Winkel vom 90° einschließen, aufweist.

13. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Werkzeuggreifer (9) auf dem Wechselarm (7) einziehbar angeordnet sind.

14. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Werkzeuggreifer (9) eine Werkzeug spannvorrichtung aufweist und das Einziehen, Ausfahren, Lösen und Spannen mittels einer Hydraulik-Kolben-Zylinder- Einheit (60) für jeden Werkzeuggreifer (9) und ein gemein sames Steuerventil (61) erfolgt.

15. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferstellungen mittels Näherungsschalter (62) am Wechslergehäuse (5) überwacht werden.

16. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (58) aus einem Drehstrom-Servomotor besteht.

17. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Spindelgehäuse (2) mittels Schnellkupplungen lösbar mit dem Werkzeugmaschinengehäuse (1) verbindbar ist.

18. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekenn zeichnet, daß der Antriebsmotor (58) über ein Vorgelege (49, 55) mit einer axial mittels einer Hydraulik-Kolben- Zylinder-Einheit (53) verschiebbaren Antriebswelle (48) gekuppelt ist, die ihrerseits über eine Kupplung (46, 47) mit der im Spindelgehäuse (2) axial unverschiebbar angeord neten Antriebswelle (44) in Antriebsverbindung steht.

19. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn zeichnet, daß die Antriebswelle (44) in einem Stirnrad (42) im Wechslergehäuse (5) axial verschiebbar angeordnet ist, dieses Stirnrad (42) über ein weiteres Gegenstirnrad (40) und eine gleichachsige Schnecke (39) in Antriebsverbindung mit dem als Schneckenrad ausgebildeten Rad (17) steht.

20. Werkzeugwechselvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel achse (3) waagerecht liegt und auf dem Spindelgehäuse (2) ein Kettenmagazin (63) mit senkrechten Werkzeugaufnahmen (64) angeordnet ist.