DE4027894A1

DE4027894A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE4027894A1
Application number: DE4027894A
Authority: DE
Inventors: Kurt Kessler
Original assignee: Wanderer Maschinen GmbH
Current assignee: JMH SERVICEGESELLSCHAFT FUER WERKZEUGMASCHINEN MBH
Priority date: 1990-09-03
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1992-03-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer vor zugsweise in drei Achsrichtungen verfahrbaren Ein- oder Mehr spindeleinheit zur Werkzeugaufnahme sowie einem Werkzeugma gazin.

Bei derartigen Werkzeugmaschinen wird bei einem Werkzeugwech sel entweder die Ein- oder Mehrspindeleinheit zum Werkzeug magazin hin verfahren oder mittels eines Transportmechanis mus′ ein neues Werkzeug vom Werkzeugmagazin zur Ein- oder Mehrspindeleinheit hin verfahren und dort gegen das in der Ein- oder Mehrspindeleinheit befindliche Werkzeug ausge tauscht. Die für diesen Werkzeugtausch zurückzulegende Ver fahrstrecke beansprucht Zeit, in der die Werkzeugmaschine nicht zur Bearbeitung eines Werkstücks nutzbar ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Gattung so zu verbes sern, daß die zum Werkzeugwechsel benötigte Zeitspanne ver kürzt wird.

Diese Aufgabe wird bei der Werkzeugmaschine nach der Erfin dung dadurch gelöst, daß das Werkzeugmagazin und die Ein- oder Mehrspindeleinheit zum Werkzeugwechsel zumindest zeit weise gleichzeitig relativ zueinander bewegbar sind.

Durch diese gleichzeitige Relativbewegung von Werkzeugmaga zin und Ein- oder Mehrspindeleinheit wird - insbesondere bei vorgegebenen maximalen Bewegungsgeschwindigkeiten - der wäh rend der Bearbeitung eines Werkstücks vorhandene Abstand zwi schen Ein- oder Mehrspindeleinheit und Werkzeugmagazin in kürzerer Zeit zurückgelegt, da sich Werkzeugmagazin und Ein- oder Mehrspindeleinheit auf ihrem Weg zueinander begegnen.

Das Aufeinanderzubewegen kann nach Anspruch 2 translatorisch erfolgen; es kann aber auch nach Anspruch 3 eine Kombination aus rotatorischer und translatorischer Bewegung sein.

Vorteilhaft ist insbesondere die Ausbildung nach Anspruch 4, da dort das Werkzeugmagazin und die Ein- oder Mehrspindelein heit in einer direkten gegenläufigen Bewegung aufeinanderzu fahren können. Bei der Ausbildung nach Anspruch 5 kann ein besonders schneller Werkzeugwechsel erfolgen, da die gegen läufigen Bewegungen von Ein- oder Mehrspindeleinheit und Werkzeugmagazin so aufeinander abgestimmt werden können, daß das Werkzeug durch die Drehbewegung des Werkzeugmagazins di rekt in die sich entgegengesetzt bewegende Ein- oder Mehr spindeleinheit eingesetzt bzw. aus dieser abgezogen werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Werkzeugmaschine ist in Anspruch 6 angegeben, wobei sowohl die gegenläufigen translatorischen Bewegungen nach Anspruch 4 als auch die ge genläufigen rotatorischen und translatorischen Bewegungen nach Anspruch 5 miteinander kombinierbar sind. Dabei wird die Werkzeugwechselzeit noch weiter verkürzt, da die gegen läufigen Bewegungen in zwei Bewegungsrichtungen erfolgen.

Durch die Ausbildung der Werkzeugaufnahmen nach Anspruch 7 wird ein einfaches Einsetzen und Herausnehmen eines Werk zeugs aus der Werkzeugaufnahme ermöglicht, wobei gleichzei tig das Werkzeug in der Werkzeugaufnahme so fest sitzt, daß es durch die bei der Drehbewegung des Werkzeugmagazins auf tretenden Fliehkräfte nicht selbsttätig die Werkzeugaufnahme verläßt. Die Ausbildung nach Anspruch 8 begrenzt dabei den Öffnungsweg der Federschenkel. Durch die Ausbildung nach An spruch 9 wird die Federkraft eines Federschenkels auf einfa che Weise erhöht.

Erhöhend auf die Federkraft wirkt sich auch die Ausbildung nach Anspruch 10 aus, wobei aber die extern aufgebrachten Druckkräfte für den Fall des manuellen Beschickens eines Werkzeugmagazins auf geeignete Weise herabgesetzt werden kön nen, so daß die Federschenkel jeder einzelnen Werkzeugaufnah me von Hand leicht auseinandergedrückt werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Werkzeugmaschine nach der Erfindung mit einem trommelartigen Werkzeugmagazin,

Fig. 2 eine Momentaufnahme einer Einsetzbewegung ei nes Werkzeugs in die Ein- oder Mehrspindel einheit bei gegenläufiger translatorischer und rotatorischer Bewegung,

Fig. 3 eine einzelne Werkzeugaufnahme,

Fig. 4 eine Reihe von Werkzeugaufnahmen und

Fig. 5 eine Mehrspindeleinheit.

Fig. 1 zeigt eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugmaschi nenkörper 1 sowie einer daran bewegbar gelagerten Ein- oder Mehrspindeleinheit 2. Die Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 ist in drei rechtwinklig zueinander stehenden Richtungen x, y, z bewegbar, wobei die Bewegungsrichtung z in Richtung der Ro tationsachse 20 der Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 gelegen ist. Die Ein- oder Mehrspindeleinheit kann Bewegungen in die sen Richtungen auch zeitgleich ausführen.

Die Ein- oder Mehrspindeleinheit ist an ihrem in den Bearbei tungsraum 21 der Werkzeugmaschine weisenden Ende mit einer Aufnahmevorrichtung für ein Werkzeug 4 versehen. Das Werk zeug 4 dient zur Bearbeitung eines nur schematisch angeord neten Werkstücks 5, das auf bekannte Weise an einem nicht gezeigten Spanntisch befestigt ist.

Oberhalb des Bearbeitungsraums 21 ist ein trommelartiges Werkzeugmagazin 3 vorgesehen. Das Werkzeugmagazin 3 ist um eine rechtwinklig zur Rotationsachse 20 der Ein- oder Mehr spindeleinheit 2 verlaufende Achse 30 drehbar und in Rich tung dieser Achse 30 translatorisch verfahrbar. Die Achse 30 verläuft parallel zur Bewegungsrichtung x der Ein- oder Mehr spindeleinheit 2.

Über den Umfang ist das Werkzeugmagazin mit vier Reihen von Werkzeugaufnahmen 31A, 31B, 31C, 31D versehen. Jede dieser über den Umfang verteilter Werkzeugaufnahmen 31A, 31B, 31C, 31D ist Element einer parallel zur Achse 30 des Werkzeugmaga zins 3 verlaufenen Reihe von Werkzeugaufnahmen. Die Werkzeug aufnahmen 31A, 31B, 31C, 31D sind mit Werkzeugen 4A, 4B, 4C, 4D bestückt.

Die über den Umfang des trommelartigen Werkzeugmagazins auf genommen Werkzeuge sind gleichsinnig in den Werkzeugaufnah men angeordnet, d. h. daß beispielsweise der von der Ein- oder Mehrspindeleinheit aufzunehmende rückwärtige Werkzeug teil bei allen Werkzeugen des Werkzeugmagazins in eine Um fangsrichtung, beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn, weist.

Der Antrieb des Werkzeugmagazins in Richtung w, d. h. ent lang der Achse 30, erfolgt beispielsweise durch einen mit dem Werkzeugmagazin verbundenen Antriebsmotor 10, dessen Ach se mit einem Ritzel 11 versehen ist, das mit einer am Werk zeugmaschinenkörper 1 fest angebrachten Zahnstange 12 kämmt. Auch die Drehbewegung des Werkzeugsmagazins 3 um die Achse 30, in Richtung des Doppelpfeiles V erfolgt über einen nicht gezeigten Motor. Beide Antriebsmotoren für das Werkzeugmaga zin 3 sind ebenso wie die Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 NC- gesteuert, so daß die Bewegungen des Werkzeugmagazins 3 mit den Bewegungen der Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 abstimmbar sind.

Das Werkzeugmagazin 3 ist zum Bearbeitungsraum 21 hin mit einer Verkleidung 13 versehen, in die eine ebenfalls um die Achse 30 schwenkbare Klappe 14 eingesetzt ist. Die Klappe 14 weist dabei nach unten zum Bearbeitungsraum und zum Verfahr bereich der Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 hin. Zum Werkzeug wechsel wird die Klappe 14 gesteuert geöffnet, so daß die untere, zum Bearbeitungsraum 21 hinweisende Reihe der Werk zeugaufnahmen 31A freiliegt und für die Ein- oder Mehrspin deleinheit 2 zugänglich ist.

Der Werkzeugwechsel erfolgt auf die nachfolgend beschriebene Art und Weise. Die Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 wird dabei aus ihrer werkstücknahen Bearbeitungsposition in der recht winklig zu ihrer Rotationsachse 20 verlaufenden xy-Ebene zum Werkzeugmagazin hin verfahren. Gleichzeitig wird das Werk zeugmagazin in W-Richtung entlang der Achse 30 verfahren und bei Bedarf gleichzeitig um die Achse 30 in Drehrichtung V verdreht, so daß die dem für den nächsten Bearbeitungspro zeß ausgewählten Werkzeug nächstgelegene leere Werkzeugauf nahme der Ein- oder Mehrspindeleinheit entgegenkommt und sich mit der Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 auf zeitoptimier te Weise trifft.

Das in der Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 befindliche Werk zeug 4 wird dabei von unten (in y-Richtung nach oben) in die leere Werkzeugaufnahme eingesetzt, und Ein- oder Mehrspindel einheit und Werkzeug werden dann voneinander getrennt. Das für den nächsten Bearbeitungsschritt ausgewählte Werkzeug wird dann durch gleichzeitige Bewegung von Ein- oder Mehr spindeleinheit 2 und Werkzeugmagazin 3 in die Ein- oder Mehr spindeleinheit 2 eingesetzt und von der Ein- oder Mehrspin deleinheit nach unten (in y-Richtung) aus der Werkzeugauf nahme entnommen.

Das Zusammenfügen bzw. Trennen von Ein- oder Mehrspindelein heit und Werkzeug ist in Fig. 2 dargestellt. Zum Einsetzen eines Werkzeugs in die Ein- oder Mehrspindeleinheit wird das Werkzeugmagazin um die Achse W im Gegenuhrzeigersinn (Pfeil V′) so gedreht, daß das einzusetzende Werkzeug mit seinem rückwärtigen, in die Ein- oder Mehrspindeleinheit einzuset zenden Abschnitt voran auf die unterste Stellung im Werkzeug magazin (Werkzeug 4A in Fig. 1) hin bewegt wird. Gleichzei tig wird die Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 in eine Position gefahren, in der die Rotationsachse 20 der Ein- oder Mehr spindeleinheit 2 bezüglich der Werkzeugachse 40 in der untersten Werkzeugposition gleichachsig ausgerichtet ist. Während der Verschwenkbewegung des Werkzeugs um die Achse W erfolgt zeitgleich eine Translationsbewegung der Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 entlang der Achse 20 in Richtung auf das Werkzeug zu (Pfeil Z′).

Die Verschwenkgeschwindigkeit des Werkzeugs 4 und die Trans lationsgeschwindigkeit der Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, daß die Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 den Weg h zurücklegt, während das Werk zeug 4 gleichzeitig den Winkel α zurücklegt, damit sich Werk zeug 4 und Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 genau dann tref fen, wenn das Werkzeug 4 in der untersten Position angekom men ist, d. h. wenn die Werkzeugachse 40 mit der Achse 20 der Ein- oder Mehrspindeleinheit identisch ist.

Zu diesem Zeitpunkt ist das Werkzeug 4 mit seinem rückwärti gen Teil in der Werkzeugaufnahme der Ein- oder Mehrspindel einheit 2 aufgenommen und dort in der notwendigen Weise ver riegelt. Die Ein- oder Mehrspindeleinheit 2 vollführt danach eine Vertikalbewegung nach unten in Richtung des Pfeiles Y′, wobei das Werkzeug aus der Klemmposition in der Werkzeugauf nahme 31 herausgezogen wird .

Die Entnahme eines Werkzeugs aus der Ein- oder Mehrspindel einheit erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.

Fig. 3 zeigt eine Werkzeugaufnahme 31, die die Form eines großen Ω besitzt. Die freien Schenkel 32, 32′ sind dabei als Federschenkel ausgebildet, die in X-Richtung elastisch beweg bar sind. In der entspannten Stellung der Federschenkel 32, 32′ ist der Innendurchmesser des von den Federschenkeln 32, 32′ beschriebenen Teilkreises gleich bzw. etwas geringer als der Grunddurchmesser einer an den Werkzeugen vorgesehenen V-Rille. Aufgrund der Ω-förmigen Gestalt der Federschenkel 32, 32′ ist der von den Federschenkeln 32, 32′ beschriebene Teilkreis größer als 180°, so daß die von unten zugängliche Öffnung der Werkzeugaufnahme 31 schmaler ist als der Durch messer. Zum Einsetzen bzw. Entnehmen eines Werkzeugs müssen daher die Federschenkel 32, 32′ so weit aufgeweitet werden, daß ihre die Öffnung begrenzenden Innenvorsprünge 39, 39′ um den Innendurchmesser der ringförmigen Nut des Werkzeugs von einander beabstandet sind.

Zur Begrenzung der Öffnungsbewegung der Federschenkel 32, 32′ sind seitlich außerhalb des Aufnahmeraums für das Werk zeug Anschläge 33, 33′ für die Federschenkel 32, 32′ vorge sehen. Die freien Enden 34, 34′ der Federschenkel 32, 32′ verlaufen im wesentlichen parallel zur Achse 30 des Werkzeug magazins. Die freien Schenkel 34, 34′ besitzen eine Stirnflä che 35, 35′, die jeweils an der Stirnfläche 36, 36′ des frei en Endes 37, 37′ einer benachbarten Werkzeugaufnahme 31′, 31′′ anliegt.

Der erste und der letzte Federschenkel einer Reihe von Werk zeugaufnahmen 31, 31′, 31′′... sind von parallel zur Achse 30 gerichteten Druckkräften F, F′ beaufschlagt, die über die Stirnflächen 36, 35; 35′, 36′ der Federschenkel 38, 32; 32′, 38, von einem Federschenkel auf den anderen übertragen wer den, so daß jeder Federschenkel beim Öffnen der Werkzeugauf nahme 31 zusätzlich die Druckkraft F bzw. F′ überwinden muß. Die auf diese Weise erzielte Verstärkung der jedem Feder schenkel eigenen Spannkraft verhindert zuverlässig ein unge wolltes Herausrutschen eines in der Werkzeugaufnahme aufge nommenen Werkzeugs, insbesondere bei den beim Drehen des Werkzeugmagazins 3 um die Achse W herum auftretenden Flieh kräften. Die auf diese Weise verstärkte Öffnungskraft kann von der Werkzeugmaschine beim automatischen Werkzeugwechsel ohne weiteres aufgebracht werden.

Soll das Werkzeugmagazin von Hand bestückt werden, so lassen sich die externen Druckkräfte F, F′ beispielsweise durch das Entfernen von Federeinrichtungen oder anderen Vorspannein richtungen am Werkzeugmagazin aufheben, so daß der Bediener zum Austauschen der Werkzeuge einer Werkzeugaufnahmen-Reihe lediglich die den Federschenkeln eigene Federkraft überwin den muß.

Die Werkzeugaufnahmen können auf besonders kostengünstige Weise auf Kunststoff, beispielsweise Spritzguß, hergestellt werden.

Die Werkzeugmaschine kann auch als Mehrspindel-Maschine aus gebildet sein, wobei eine Mehrspindeleinheit (Fig. 5) vorge sehen ist. In einer derartigen Mehrspindeleinheit 2′ sind mehrere Werkzeuge nebeneinander aufgenommen, deren jeweilige Rotationsachsen 20′, 20′′ parallel verlaufen. Mit Mehrspin delmaschinen ist eine schnellere Bearbeitung eines Werk stücks möglich, da der Werkzeugeinsatz aller Werkzeug gleich zeitig an unterschiedlichen Orten stattfinden kann. Bei ei ner Mehrspindeleinheit entspricht der Abstand zweier benach barter Werkzeuge 4′, 4′′ bevorzugt dem Abstand zweier benach barter Werkzeugaufnahmen im Werkzeugmagazin, so daß bei spielsweise ein gleichzeitiger paarweiser Werkzeugwechsel möglich ist.

Bezugszeichenliste

1 Werkzeugmaschinenkörper
2 Ein- oder Mehrspindeleinheit
3 Werkzeugmagazin
4(4A-4D) Werkzeug
5 Werkstück
10 Antriebsmotor
11 Ritzel
12 Zahnstange
13 Verkleidung
14 Klappe
20 Rotationsachse von 2
21 Bearbeitungsraum
30 Rotationsachse von 3
31(31A-31D) Werkzeugaufnahmen
31′, 31′ benachbarte Werkzeugaufnahmen
32, 32′ freie Schenkel
33, 33′ Anschläge
34, 34′ freie Enden von 32, 32′
35, 35′ Stirnfläche von 34, 34′
36, 36′ Stirnfläche von 37, 37′
37, 37′ freie Enden von 38, 38′
38, 38′ Federschenkel von 31′′, 31′
39, 39′ Innenvorsprünge

Claims

1. Werkzeugmaschine mit einer vorzugsweise in drei Achs richtungen verfahrbaren Ein- oder Mehrspindeleinheit zur Werkzeugaufnahme sowie einem Werkzeugmagazin, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin (3) und die Ein- oder Mehrspin deleinheit (2) zum Werkzeugwechsel zumindest zeitweise gleichzeitig relativ zueinander bewegbar sind.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin (3) und die Ein- oder Mehrspin deleinheit (2) zum Werkzeugwechsel zumindest zeitweise gleichzeitig translatorisch bewegbar sind.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin (3) zum Werkzeugwechsel rotato risch bewegbar ist, während die Ein- oder Mehrspindel einheit (2) zumindest zeitweise gleichzeitig transla torisch bewegbar ist.

4. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkzeugmagazin (3) eine Vielzahl von in einer rechtwinklig zur Rotationsachse (20) der Ein- oder Mehr spindeleinheit (2) verlaufenden Reihe angeordneten Werk zeugaufnahmen (31A; 31B; 31C; 31D) aufweist,
daß das Werkzeugmagazin (3) in Richtung dieser Reihe verfahrbar ist und
daß die Ein- oder Mehrspindeleinheit (2) parallel zu dieser Reihe verfahrbar ist.

5. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkzeugmagazin (3) um eine rechtwinklig zur Rotationsachse (20) der Ein- oder Mehrspindeleinheit (2) verlaufende Achse (30) drehbar ist,
daß über den Umfang um die Achse (30) zumindest zwei Werkzeugaufnahmen (31A, 31B, 31C, 31D) zur gleichsin nigen Aufnahme von Werkzeugen (4A, 4B, 4C, 4D) angeord net sind und
daß die Ein- oder Mehrspindeleinheit (2) entlang ihrer Rotationsachse (20) im wesentlichen tangential in Rich tung des Werkzeugmagazins auf eine Werkzeugaufnahme (31A; 31B; 31C; 31D) hin und von dieser weg verfahrbar ist.

6. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin (3) trommelartig ausgebildet ist und über den Umfang zumindest eine Reihe von neben einander angeordneten Werkzeugaufnahmen (31A, 31C; 31B, 31D) aufweist.

7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Werkzeugaufnahme (31A, 31B, 31C, 31D) Ω-förmig gestaltet ist, wobei die freien Schenkel (32, 32′) als Federschenkel ausgebildet sind.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich der Federschenkel (32, 32′) außerhalb des Aufnahmeraums für ein Werkzeug Anschläge (33, 33′) vor gesehen sind, die eine Öffnungsbewegung der Federschen kel (32, 32′) begrenzen.

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (34, 34′) der Federschenkel (32, 32′) im wesentlichen parallel zur Achse (30) des Werk zeugmagazins (3) verlaufen und eine Stirnfläche (35, 35′) besitzen, die an der Stirnfläche (36, 36′) des freien Endes (37, 37′) eines Federschenkels (38, 38′) einer benachbarten Werkzeugaufnahme (31′, 31′′) an liegt.

10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der letzte Federschenkel einer Reihe von Werkzeugaufnahmen an ihren freien Enden von Druck kräften beaufschlagt sind, die die Federschenkel der benachbarten Werkzeugaufnahmen dieser Reihe in Anlage halten.