DE4107911A1 - Automatische werkzeugwechselvorrichtung in einer werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Werkzeug­ wechselvorrichtung in einer Werkzeugmaschine nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine derartige Vorrichtung, bei der ein an einer Spindel oder einer Welle angebrachtes Werkzeug gegen ein neues Werkzeug zwischen einem Werkzeugmagazin und der Spindel durch eine Hin- und Herbewegung eines Spindelkopfes ausgetauscht werden kann.

In der japanischen Patentanmeldung (Kokai) 63-2 67 136 ist ein Beispiel einer automatischen Werkzeugwechselvorrichtung offenbart. Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung ist ein Nocken- oder Kurvenscheibenmechanismus zum Auswechseln eines Werkzeuges gegen ein neues Werkzeug vorgesehen, die synchron mit der aufsteigenden und niedergehenden Bewegung eines Werk­ zeugkopfes tätig ist. Diese Werkzeugwechselvorrichtung sieht einen Bearbeitungsbereich, in dem das Bearbeiten innerhalb des Vorschubbereiches des Spindelkopfes und einen Bereich für das automatische Werkzeugwechseln (ATC), in dem die tatsäch­ liche Werkzeugwechseltätigkeit ausgeführt wird, vor. In dem ATC-Bereich wird der Nockenmechanismus gemäß der Hin- und Herbewegung des Spindelkopfes zum Bewirken der Werkzeugwech­ seltätigkeit betrieben.

Bei der herkömmlichen Werkzeugwechselvorrichtung ist ein Ma­ schinenursprung eindeutig zwischen dem Bearbeitungsbereich und dem ATC-Bereich so vorgesehen, daß eindeutig dazwischen unterschieden werden kann, damit verhindert wird, daß der Spindelkopf in den ATC-Bereich während des genauen Bearbei­ tens eindringt. Wenn der Spindelkopf von dem Bearbeitungsbe­ reich zu dem ATC-Bereich und umgehend bewegt wird, wird der Spindelkopf zeitweilig zu dem Maschinenursprung bewegt (diese Bewegung des Spindelkopfes wird manchmal als "Maschinenursprungsanfahren" bezeichnet). Danach wird der Spindelkopf zu dem jeweils anderen Bereich bewegt. Zum Durch­ führen dieses zeitweiligen Anfahrens ist eine Steuereinrich­ tung vorgesehen, und ein Positioniermodus wird angewendet, wenn das Maschinenursprungsanfahren durchgeführt wird.

Bei der Maschinenursprungsanfahrenstätigkeit in dem Positio­ niermodus muß jedoch der Spindelkopf zeitweilig an dem Ma­ schinenursprung angehalten werden. Wenn daher das Werkzeug­ wechseln in bezug auf den Spindelkopf durchzuführen ist, der in dem Bearbeitungsbereich angeordnet ist, muß der Spindel­ kopf angehoben werden oder aufwärts zu dem Maschinenursprung bewegt werden, und die Bewegungsgeschwindigkeit des Spindel­ kopfes muß an einer Stelle in der Nähe des Maschinenur­ sprunges abgebremst werden. Der Spindelkopf wird dann voll­ ständig an dem Maschinenursprung angehalten, und danach wird der Spindelkopf beschleunigt zum Aufwärtsbewegen zu dem ATC- Bereich. Dann wird die Werkzeugwechseltätigkeit mit Hilfe des Nockenmechanismus durchgeführt.

Nach Beendigung des Werkzeugwechsels wird der Spindelkopf abwärts zu dem Maschinenursprung bewegt, er wird dann an einer Stelle benachbart dazu abgebremst und vollständig an dem Maschinenursprung angehalten. Danach wird der Spindelkopf beschleunigt abwärts zu der vorherigen Bearbeitungsposition bewegt. Zum Beginnen des folgenden Bearbeitens wird die Dre­ hung der Spindel begonnen, nachdem der Spindelkopf zeitweilig an dem Maschinenursprung angehalten ist.

Daher muß bei der automatischen Werkzeugwechselvorrichtung der Spindelkopf an dem Maschinenursprung angehalten werden, wenn das Werkzeug gegen ein neues Werkzeug ausgetauscht wer­ den soll. Während der Hin- und Herbewegung des Spindelkopfes zwischen dem Bearbeitungsbereich und dem ATC-Bereich ist ein zweimaliges Anhalten des Spindelkopfes notwendig. Daher wird die gesamte Werkzeugwechselzeitdauer verlängert, und die Be­ arbeitungseffektivität bezüglich eines Werkstückes wird ver­ schlechtert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine automatische Werk­ zeugwechselvorrichtung zu schaffen, mit der die Werkzeugwech­ selzeitdauer durch eine einfache Anordnung verkürzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße automatische Werkzeugwechselvorrichtung der eingangs beschriebenen Art ge­ löst, die durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gekennzeichnet ist. Diese automatische Werkzeugwechselvorrichtung enthält einen Rahmen, einen an dem Rahmen vorgesehenen und zwischen einem Bearbeitungsbereich und einem Bereich zum automatischen Werkzeugwechseln bewegba­ ren Spindelkopf, eine den Spindelkopf tragende und um eine sich in eine Richtung parallel zu der Bewegungsrichtung des Spindelkopfes erstreckenden Rotationsachse drehbare Spindel bzw. Welle, ein drehbar an dem Rahmen gestütztes Werkzeugma­ gazin mit einer Mehrzahl von Greifabschnitten zum Halten eines Werkzeuges, wobei die Greifabschnitte auf kreisförmigen Positionen in bezug auf eine Rotationsachse des Werkzeugmaga­ zines angeordnet sind, eine Drehteilvorrichtung zum Drehen des Werkzeugmagazines um seine Rotationsachse und Positionie­ ren von einem der Greifabschnitte, der ein Werkzeug hält, an einer vorbestimmten Werkzeugteilposition, einen Werkzeugüber­ tragungsmechanismus zum Ermöglichen, daß der Kreisabschnitt zu einer vorbestimmten Werkzeugteilposition zum Durchführen der Werkzeugwechseltätigkeit gebracht wird relativ zu der Spindel gemäß der Bewegung des Spindelkopfes in dem Bereich des automatischen Werkzeugwechselns, eine Ausrichtvorrichtung zum Anhalten der Drehung der Spindel und Positionieren der Spindel an einer vorbestimmten Winkelposition, eine Maschi­ nenursprungsanfahrvorrichtung zum Bewegen des entweder in dem Bearbeitungsbereich oder in dem Bereich des automatischen Werkzeugwechselns angeordneten Spindelkopfes zu einem Maschi­ nenursprung, der an einer Grenze zwischen dem Bearbeitungbe­ reich und dem Bereich des automatischen Werkzeugwechselns vorgesehen ist, eine Fördervorrichtung zum Bewegen des Spin­ delkopfes von dem Maschinenursprung zu entweder dem Bereich des automatischen Werkzeugwechselns oder dem Bearbeitungsbe­ reich, wobei eine Parallelausführeinrichtung vorgesehen ist, in der die Bremssteuerung des Spindelkopfes in Richtung auf den Maschinenursprung und die Beschleunigungssteuerung für die darauffolgende Bewegung des Spindelkopfes weg von dem Maschinenursprung durch die Fördereinrichtung überlappend vorgesehen sind.

Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung im Zusammenhang mit der Bewegung des Spindelkopfes von dem Bearbeitungsbe­ reich zu dem Bereich des automatischen Werkzeugwechselns durch den Maschinenursprung steuert die Parallelausführein­ richtung das Bremsen des Spindelkopfes durch Ausführen der Maschinenursprungsanfahreinrichtung in einer Phase unmittel­ bar vor der Ankunft des Spindelkopfes an dem Maschinenur­ sprung, und sie steuert ebenfalls die Beschleunigung des Spindelkopfes durch Ausführen der Fördervorrichtung zu einer Phase unmittelbar, nachdem der Spindelkopf den Maschinenur­ sprung verlassen hat. Die automatische Werkzeugwechselvor­ richtung weist weiterhin eine Verhinderungseinrichtung auf zum Verhindern der Tätigkeit der Parallelausführeinrichtung, wenn die Spindelanordnung und das Maschinenursprungsanfahren noch nicht beendet sind.

Nach einer zweiten Weiterbildung der Erfindung in Zusammen­ hang mit der Bewegung des Spindelkopfes von dem Bereich des automatischen Werkzeugwechselns zu dem Bearbeitungsbereich durch den Maschinenursprung steuert die Parallelausführein­ richtung als Reaktion auf ein Beendigungssignal von der Dreh­ teileinrichtung das Bremsen des Spindelkopfes durch Ausführen der Maschinenursprungsanfahreinrichtung bei einer Phase un­ mittelbar vor der Ankunft des Spindelkopfes an den Maschinen­ ursprung, und sie steuert ebenfalls das Beschleunigen des Spindelkopfes durch Ausführen der Fördervorrichtung zu einer Phase unmittelbar nach dem Verlassen des Maschinenursprunges durch den Spindelkopf. Die automatische Werkzeugwechselvor­ richtung weist ebenfalls eine Erfassungseinrichtung zum Er­ fassen eines Bereiches, in dem die Drehung der Spindel verbo­ ten ist, innerhalb eines speziellen Beiches zum automatischen Werkzeugwechseln eine Bearbeitungsstartbefehlseinrichtung zum zuvorigen Bewirken einer Rotation der Spindel im Gleichlauf mit dem Beginn der Tätigkeit der Fördereinrichtung und eine Ausführverhinderungseinrichtung zum Verhindern der Ausführung des Bearbeitungsstartkommandos, wenn immer die Erfassungsein­ richtung den Spindeldrehverbotsbereich erfaßt, auf.

Bei der automatischen Werkzeugwechselvorrichtung finden die Bremssteuerung der Bewegung des Spindelkopfes zu dem Maschi­ nenursprung und die Beschleunigungssteuerung für die darauf­ folgende Bewegung der Spindel weg von dem Maschinenursprung in überlappender Weise statt. Diese überlappende Beziehung wird erzeugt, indem der Betriebsmodus zu dem Zeitpunkt des Maschinenursprungsanfahrens der Schneidmodus ist. Da die Bremssteuerung und die Beschleunigungssteuerung simultan stattfinden, wird der Spindelkopf kontinuierlich ohne einen Halt an dem Maschinenursprung bewegt, und er wird glatt in den gewünschten Bereich eingeführt. Somit kann die gesamte Werkzeugwechseldauer verringert werden.

Gemäß der ersten Weiterbildung der Werkzeugwechselvorrichtung sind die oben beschriebenen überlappenden Steuerungen vorge­ sehen, wenn der Spindelkopf von dem Bearbeitungsbereich zu dem automatischen Werkzeugwechselbereich bewegt wird. Folg­ lich kann eine erste Halbperiode, die für die Werkzeugwech­ seltätigkeit benötigt wird, verringert werden. In diesem Fall wird die überlappende Steuerung durch die Verhinderungsein­ richtung verhindert, wenn die Spindelausrichtung durch die Spindelausrichtungseinrichtung noch nicht vollendet ist. Da­ her kann die Werkzeugwechseltätigkeit in dem Werkzeugwechsel­ bereich noch nicht begonnen werden, wenn die Werkzeugwechsel­ bedingung verfrüht ist.

Nach der zweiten Weiterbildung der Werkzeugwechselvorrichtung werden die überlappenden Steuerungen ausgeführt, wenn der Spindelkopf von dem Werkzeugwechselbereich zu dem Bearbei­ tungsbereich bewegt wird. Folglich kann eine zweite Halbperi­ ode, die für die Werkzeugwechseltätigkeit benutzt wird, ver­ ringert werden. Wenn in diesem Fall der Spindelkopf noch nicht vollständig durch den Spindeldrehverbotsbereich gegan­ gen ist, wird die Drehung der Spindel durch die Tätigkeit der Verbotseinrichtung zusammen mit der Drehverbotsbereichserfas­ sungseinrichtung verhindert. Daher kann die Drehung der Spin­ del so lange nicht begonnen werden, als der Greifabschnitt des Werkzeugmagazins noch nicht von der Spindel freigekommen ist.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht einer Ausfüh­ rungsform der automatischen Werkzeugwech­ selvorrichtung in einer Werkzeugmaschine;

Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht eines wesent­ lichen Abschnittes in einem Werkzeugmagazin der in Fig. 1 gezeigten Werkzeugmaschine;

Fig. 3 eine Ansicht des Werkzeugmagazines, wie es aus Richtung des Pfeiles A in Fig. 2 gese­ hen wird;

Fig. 4 eine Ansicht des Werkzeugmagazines, wie es aus Richtung des Pfeiles B in Fig. 3 gese­ hen wird;

Fig. 5 eine perspektivische Explosionsansicht eines Werkzeughaltergreifarmes und zugehöriger Teile der in Fig. 1 gezeigten automatischen Werkzeugwechselvorrichtung;

Fig. 6 eine Ansicht eines Werkzeugmagazinschaltme­ chanismus, der mit der in Fig. 1 gezeigten automatischen Werkzeugwechselvorrichtung verknüpft ist, wie er aus der Richtung des Pfeiles C in Fig. 1 gesehen wird;

Fig. 7(a) bis 7(i) aufeinanderfolgende Ansichten, die die Werk­ zeugwechseltätigkeit darstellen und die Positionsverhältnisse zwischen dem in der Z-Achse bewegbaren Spindelkopf, einem Werk­ zeugmagazin und einem an dem Werkzeugmaga­ zin vorgesehenen Greifarm zum Schalten des zu benutzenden Werkzeughalters zeigen;

Fig. 8 ein Zeitablaufdiagramm zum Darstellen des Betriebes der entsprechenden Teile gemäß der Bewegung des Spindelkopfes in der ab­ gelaufenen Zeit;

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung und deren elektrischen Verbindungen gemäß einer Ausführungsform der automatischen Wechselvorrichtung;

Fig. 10 eine Speicheranordnung in einem Master/ Slave-verträglichen RAM in der Steuerein­ richtung;

Fig. 11 eine Speicheranordnung in einem Master/ Werkzeugwechselvorrichtungs-verträglichen RAM in der Steuereinrichtung;

Fig. 12 ein Blockdiagramm eines allgemeinen Be­ triebsablaufes einer Ausführungsform der automatischen Werkzeugwechselvorrichtung;

Fig. 13 ein Beispiel eines Bearbeitungsprogrammes im Zusammenhang mit der automatischen Werk­ zeugwechseltätigkeit bei einer Ausführungs­ form der automatischen Werkzeugwechselvor­ richtung;

Fig. 14 ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben des ver­ arbeitens in einer Master-CPU;

Fig. 15 ein Ablaufdiagramm der Verarbeitung, bei der das Maschinenursprungsanfahren und das Spindelausrichten ausgeführt werden;

Fig. 16(a), (b), (c) ein Flußdiagramm eines darauffolgenden Werk­ zeugwechsels und Positionierungsverarbei­ tens;

Fig. 17 ein Ablaufdiagramm des darauffolgenden Z- Achsenpositionierens und Spindelrotations­ verarbeitens; und

Fig. 18 ein Zeitablaufdiagramm zum Beschreiben des Betriebes einer jeden Komponente bei der Steuerung durch die Steuereinrichtung von Fig. 9.

Im folgenden wird eine automatische Werkzeugwechselvorrich­ tung (ATC) in einer Werkzeugmaschine unter Bezugnahme auf die entsprechenden konstruktionsmäßigen Einzelheiten und Teile in den Fig. 1 bis 8 beschrieben.

Zuerst wird der Spindelkopf und das Werkzeugmagazin beschrie­ ben. Die in Fig. 1 gezeigte Werkzeugmaschine mit einer auto­ matischen Werkzeugwechselvorrichtung weist allgemein eine sich vertikal erstreckende Säule 10, einen fest an der Säule 10 befestigten Hauptrahmen 12, einen Hauptspindelkopf 24 und ein Werkzeugmagazin 66 auf. Der Hauptspindelkopf 24 ist für den Hauptrahmen 12 vorgesehen und in der vertikalen, d. h. die Z-Achse, Richtung in einer Hin- und Herbewegung in bezug auf den Hauptrahmen 12 bewegbar. Das Werkzeugmagazin 66 ist betriebsmäßig mit dem Hauptrahmen 12 durch einen Magazinsup­ portständer 58 verbunden und geeignet, in dem Werkzeugmagazin aufgenommene Werkzeughalter 48 zu schalten bzw. zu bedienen. Eine an dem Rahmen 12 befestigte Führungsschiene 14 erstreckt sich vertikal daran entlang, und der Spindelkopf 24 ist an der Führungsschiene 14 gesichert und kann daran entlang in der Z-Achsenrichtung durch ein Paar von linearen Führungen 16, 16 gleiten, die in vertikaler Ausrichtung angeordnet sind. Eine Vorschubmutter 18 ist an einer geeigneten Position an dem Spindelkopf 24 gesichert, und eine Kugelschraube 22 ist drehbar um ihre Achse vorgesehen und erstreckt sich par­ allel zu der Führungsschiene 14. Die Vorschubmutter 18 greift gewindemäßig in die drehbare Kugelscheibe 20 ein. Ein Ende der Kugelschraube 20 ist mit einem oberhalb des Maschinenrah­ mens 12 vorgesehenen umkehrbaren Servomotor (Z-Achsenmotor) 22 verbunden, wodurch der Spindelkopf 24 vertikal entlang der Führungsschiene 14 durch den Eingriff zwischen der Kugel­ schraube 20 und der Vorschubmutter 18 bewegbar ist.

Eine sich in vertikaler Richtung erstreckende Spindel 40 ist drehbar in dem Spindelkop 24 angebracht, und ein Werkzeughal­ teteil (eine konisch zulaufende Bohrung) 42 ist an dem unte­ ren Endabschnitt der Spindel 40 vorgesehen. Die Spindel 40 ist durch eine Verbindung 38 mit einem Elektromotor 36 zum Antreiben der Spindel 40 verbunden. Das Werkzeughalteteil 42 weist eine Form auf, die es einem Dorn 52 des Werkzeughalters 48 ermöglicht, dahineingeführt zu werden. An dem Werkzeughal­ ter 42 ist ein Spitzenabschnitt vorgesehen zum Anbringen ei­ nes Werkzeuges 50. Wenn der Werkzeughalter 48 in das Werk­ zeughalterteil 42 eingeführt ist, wird ein Zugansatz 54 des Werkzeughalters 48 durch ein Halterklemmteil 44 geklemmt, das in der Spindel 40 vorgesehen ist. Das Klemmen des Zugansatzes 54 wird durch Drücken des Halterklemmteiles 44 mit einer Zugstange 46 freigegeben, die koaxial in dem zentralen Loch der Spindel 40 vorgesehen ist, dadurch wird der Werkzeughal­ ter 48 von der Spindel 40 entfernt oder entklemmt.

Als nächstes wird der Werkzeughalterklemm- und -entklemm­ mechanismus beschrieben.

Eine Kurbel und ein Nockenmechanismus zum Übertragen der schwenkenden Bewegung auf die Kurbel sind in dem automati­ schen Werkzeugwechsler zusammen mit der Spindel 40 zum Klem­ men des Werkzeughalter 48, der in das Werkzeughalteteil 42 eingeführt ist, und zum Entklemmen desselben eingebaut. Ge­ nauer gesagt, ein Kurbelhebel 30 ist schwenkbar an dem Spin­ delkopf 24 an einer geeigneten Stelle davon durch eine Schwenkwelle 32 gelagert. Der Kurbelhebel 30 enthält ein kur­ zel Hebelteil 30a und ein längliches Hebelteil 30b. Der kurze Hebel weist ein freies Ende auf, das mit einem Stift 56 in Eingriff stehen kann, der von der Zugstange 46 hervorsteht und sich in die Horizontalrichtung erstreckt. Das lange He­ belteil 30b ist mit einer Nockenscheibe 28 versehen, die die in Fig. 1 gezeigte Form aufweist.

Die Nockenscheibe 28 ist normal so vorgesehen, daß sie gegen einen rollenförmigen Stößel 26 stoßen kann und von diesem wegbewegt werden kann während der Bewegung der Nockenscheibe 28, wobei der Stößel an einem Seitenabschnitt des Z-Achsenmo­ tors 22 angebracht ist. Weiterhin ist eine Spiralzugfeder 34 zwischen dem langen Hebelteil 30b und dem Spindelkopf 24 so angeordnet, daß sie immer das kurze Hebelteil 30a in eine Richtung weg von dem Stift 56 drückt, so daß der Stift 56 von der Druckkraft durch den Hebel 30 freigegeben werden kann (die Feder 34 drückt den Kurbelhebel 30 in Richtung des Uhr­ zeigersinnes in Fig. 1).

Auf das Betreiben des Z-Achsenmotors 22 wird der Spindelkopf 24 angehoben, und auf dem Weg zu der vertikalen Bewegung des Spindelkopfes 24 stößt die an dem Kurbelhebel 30 angebrachte Nockenscheibe 28 an den Stößel 26, der in der stationären Po­ sition angeordnet ist. Als Resultat wird der Kurbelhebel 30 in eine Richtung entgegengesetzt zu der drückenden Richtung der Spiralfeder 34 so geschwenkt, daß sich der kurze Hebel 30a abwärts bewegt und gegen den Stift 56 drückt, somit wird das Werkzeughalterklemmteil 44 durch die Zugstange 46 ge­ drückt, und dann kann die Klemmkraft des Werkzeughalters 48 gegen den Zugansatz 54 freigegeben werden.

Als drittes wird der Drehschaltmechanismus in dem Werkzeugma­ gazin beschrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Trag­ welle 60 an dem Maschinenrahmen 12 angebracht. Die Tragwelle 60 ist schräg abwärts geneigt und benachbart zu einer Zone angeordnet, in der der Spindelkopf bewegbar ist. Eine Maga­ zinbasis 64 mit einer Konfiguration, wie sie gezeigt ist, ist drehbar um die Tragwelle 60 durch eine Lagervorrichtung 62 vorgesehen. Weiterhin ist eine Mehrzahl von Greifarmen 82, die als Werkzeughalterhaltevorrichtung dienen, die im weite­ ren unten beschrieben wird, in radialen Richtungen an vorbe­ stimmten Winkelpositionen angeordnet und schwenkbar in bezug auf die Magazinbasis 64 vorgesehen. Eine Schaltscheibe (Indexing-Scheibe) 80 ist an der Magazinbasis 64 mit Bolzen 79 befestigt. Die Scheibe 80 ist mit einer Zentralbohrung ge­ bildet, die zu der Tragwelle 60 paßt. Eine Mehrzahl von Stößeln 78 (zehn Stößel in dargestellten Ausführungsform) von denen jeder Rollenform aufweist, ist auf einer Fläche der Schaltscheibe 80 an Abschnitten angebracht, die der Stelle der Greifarme 82 entspricht, wie mit weiteren Einzelheiten beschrieben wird.

Wie in Fig. 1 und in Fig. 6 gezeigt ist, ist ein Schaltmotor oder ein Magazinmotor 68 umgekehrt an einem oberen Abschnitt eines Gehäuses 67 vorgesehen, das sich vertikal auf dem Maga­ zinsupportständer 58 erstreckt. Eine Antriebswelle 70 er­ streckt sich durch das Gehäuse 67, ein Ende davon ist mit ei­ ner Motorwelle 69 verbunden und an dem anderen Ende ist ein Kegelzahnrad 72 befestigt. Das Kegelzahnrad 72 kämmt mit ei­ nem Kegelzahnrad 74, das an einer sich horizontal durch eine Lagervorrichtung 73 erstreckenden Drehwelle 75 vorgesehen ist. Eine Nockentrommel 76, die mit einer kurvenförmigen Noc­ kenrille 76a auf ihrer äußeren Umfangsoberfläche versehen ist, ist auf der Drehwelle 75 so angebracht, daß die radial auf der Schaltscheibe 80 angeordneten Stößel 78 nacheinander in die Nockenrille 76a eingreifen, wenn die Vorrichtung im Betrieb ist, wodurch die unterbrochene Schaltdrehung auf die Schaltscheibe 80 als Reaktion auf das Drehen der Nockentrom­ mel 76 um die Tragwelle 60 übertragen wird.

Als viertes wird der Werkzeugübertragungsmechanismus be­ schrieben. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 wird ein De­ tail des Greifarmes 82 beschrieben, der dem Positionsschalten durch den Drehschaltmechanismus und einem Schwenkmechanismus zum Schwenken des Greifarmes zum Übertragen der Werkzeughal­ ters 48 ausgesetzt ist.

Eine Mehrzahl von Bügeln 81 (zehn Bügel in der dargestellten Ausführungsform) ist auf der Magazinbasis 64 vorgesehen, die eine der Komponenten des Werkzeugmagazins 64 darstellt. Die Bügel sind in Kreisumfangsrichtungen in bezug auf die Trag­ welle 60 in vorbestimmten Abständen voneinander vorgesehen.

Die entsprechenden Bügel 81 schwenken schwenkbar die Grei­ farme 82 (Greifabschnitte), von denen jeder eine Konfigura­ tion hat, wie sie gezeigt ist, durch entsprechende Schwenk­ stifte 84 so, daß die freien Enden der Greifarme radial nach außen weisen.

Das freie Ende eines jeden Greifarmes oder Greifabschnittes 82 ist, wie am besten in Fig. 3 gezeigt ist, mit einem gabel­ förmigen Abschnitt 83 mit Abmessungen versehen, die zum Hal­ ten eines Greifabschnittes des Werkzeughalter 48 ausreichen. Jeder der Greifabschnitte der Werkzeughalter 48 ist mit einer V-förmigen Rille 48a gebildet. Blindbohrungen 83a sind in den inneren Abschnitten des entsprechenden gabelförmigen Ab­ schnittes 83 gebildet. Spiraldruckfedern 99 sind in den ent­ sprechenden Blindbohrungen 83a aufgenommen. Weiterhin sind Tragstifte 89 herausziehbar in die Bohrungen 83a eingeführt. Die Tragstifte 98 sind durch die Spiraldruckfedern 99 so vor­ gespannt, daß die vorderen Enden der Stifte 98 einwärts in das Innere des gabelförmigen Abschnittes 83 weisen, so daß sie einander in linear ausgerichteter Weise gegenüberstehen.

Wenn der V-förmige Rillenabschnitt 48a des Greifabschnittes des Werkzeughalters 48 in den gabelförmigen Abschnitt 83 des Greifarmes 82 eingepaßt wird, stoßen die Tragstifte 98 gegen die V-förmige Rille 48a und greifen dahinein ein. Der Werk­ zeughalter 48 ist durch die Tragstifte 98 getragen, die gegen die vorspannende Kraft der Spiralfedern 99 in die Blindlöcher 83a eingedrückt sind.

Wie weiter in Fig. 2 gezeigt ist, weist der Greifarm 82 einen anderen Endabschnitt auf, in dem eine andere Blindbohrung 82a gebildet ist, in der eine Spiraldruckfeder 92 und eine Stahl­ kugel 90 nachgiebig in einen Zustand aufgenommen sind, in dem ein Abschnitt der Stahlkugel aus dem offenen Ende der Blind­ bohrung 82a herausschaut. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Magazinbasis 64 mit einem Ansatz 64a versehen, auf dem ein Greifunterstützungsvorsprung 88 angebracht ist. Der Greifun­ terstützungsvorsprung 88 weist eine äußere umlaufende Ober­ fläche auf, an der eine Führungsoberfläche 88a mit einem bo­ genförmigen Querschnitt vorgesehen ist. Die in der Blindboh­ rung 82a des Greifarmes 82 vorgesehene Stahlkugel 90 stößt federnd gegen die bogenförmige Führungsoberfläche 88a. Eine gekerbte Rille 88b ist in der Führungsoberfläche 88a auf der der Magazinbasis 64 näheren Seite gebildet, wie in Fig. 5 ge­ zeigt ist. Der Greifarm ruht in seiner Ruheposition für die Werkzeugschalttätigkeit durch Eingreifen der Stahlkugel 90 in die gekerbte Rille 88b.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind ein erster und ein zweiter Stößel (bzw. Nockenfolger) 94 bzw. 96, von denen beide Rol­ lenform haben, so auf beiden Seiten in bezug auf die Mittel­ linie des Greifarmes 82 getragen, daß sie drehbar sind, wobei sie in Längsrichtung an dem vorderen und hinteren Abschnitt des Greifarmes in bezug auf den Schwenkstift 84 vorgesehen sind. Der erste und der zweite Stößel 94 und 96 sind so kon­ struiert, daß sie gleitbar gegen die erste und zweite Nocken­ oberfläche 86a und 86b stoßen und von dieser wegbewegt werden können, wobei die Nockenoberflächen in einem in den Fig. 1 und 5 gezeigten zusammengesetzten Nockenteil 86 gebildet sind. Genauer gesagt, wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das zu­ sammengesetzte Nockenteil 86 durch Bolzen an der vertikalen Oberfläche des Spindelkopfes 24 gesichert und steht dem Werk­ zeugmagazin 66 so gegenüber, daß die erste und zweite Nocken­ oberfläche 86a und 86b der Seite der Schaltposition des ge­ wünschten Werkzeughalters 48 in dem Werkzeugmagazin 66 gegen­ überstehen (d.h. diese Nockenoberflächen sind nahe dem Greif­ arm 82 angeordnet, der entsprechend dem Werkzeughalteteil 42 der Spindel 40 geschaltet wird, d. h. betätigt wird).

Der erste und zweite Stößel 94 und 96, die an dem Arm 82 vor­ gesehen sind, sind so angeordnet, daß sie gleitbar in Kontakt mit der ersten und zweiten Nockenoberfläche 86a und 86b der zusammengesetzten Nockenplatte 86 stehen und damit entspre­ chend mit der vertikal bewegbaren Fläche des Spindelkopfes 24, wobei diese Fläche einen vertikalen Ursprungspunkt Z0 enthält, wie im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 7(a) bis 7(d), Fig. 7(g) bis 7(i) und Fig. 8 beschrieben wird.

Wenn dar Spindelkopf 24 vertikal in der Z-Achsenrichtung be­ wegt wird, werden der erste und zweite Stößel 94 und 96 in Anschlag mit der ersten und zweiten Nockenoberfläche 86a bzw. 86b unter der noch zu beschreibenden Bedingung gebracht wer­ den, wodurch der Greifarm schwenkbar in vorbestimmter Weise um den Schwenkstift 84 gemäß der Kurvenform der Nockenober­ fläche 86a und 86b bewegt werden kann. In diesem Zustand wird die in dem anderen Ende des Greifarmes 82 vorgesehene Stahl­ kugel 90 von der gekerbten Rille 88b freigegeben, die kreis­ umfangsmäßig auf dem Greifunterstützungsvorsprung 88 gebildet ist, und entlang der bogenförmigen Führungsoberfläche 88a be­ wegt.

Als fünftes wird die Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Bereiches, in dem die Spindelrotation verboten ist, beschrie­ ben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist der Spindelkopf 24 einen hinteren vorspringenden Abschnitt 24A auf, an dem eine Knagge 101 fest befestigt ist. Weiterhin ist eine Säule vor­ gesehen, an der ein End- bzw. Begrenzungsschalter 102 befe­ stigt ist. Dieser Begrenzungsschalter 102 ist so ausgelegt, daß er die Position des Spindelkopfes 24 erfaßt, wenn der letztere in den Bereich des automatischen Werkzeugwechselns (im folgenden ATC-Bereich) gebracht ist, wo die Drehung der Spindel verboten ist. Wenn der Spindelkopf 24 aufwärts von dem Maschinenursprung Z0 um eine Entfernung bewegt wird, die eine vorbestimmte Entfernung überschreitet, wie etwa nicht weniger als 5 mm, drückt die Knagge 101 dauerhaft den Begren­ zungsschaltung 102. Bei dieser Anordnung weist die Knagge 101 eine geeignete Konfiguration auf, damit er glatt gegen Be­ grenzungsschalter 102 stößt, wenn die Knagge aufwärtsbewegt wird.

Als sechstes wird die Auswechseltätigkeit durch den Nockenme­ chanismus beschrieben. Die oben beschriebene Ausführungsform der automatischen Werkzeugwechselvorrichtung wird betrieben, wie es in den Fig. 7(a) bis 7(i) und 8 zum automatischen Wechseln des Werkzeuges gezeigt ist.

Der Spindelkopf 24 und das daran befestigte zusammengesetzte Nockenteil 86 werden vertikal in die Z-Achsenrichtung wegen des Gewindeeingriffes zwischen der an dem Spindelkopf 24 be­ festigten Mutter 18 und der drehenden Kugelschraube 20 durch die Rotation des Servomotors 22 bewegt. Die vertikale Posi­ tion des Werkzeugmagazines 66 bleibt jedoch unverändert, und das Magazin 66 ist an einem vorbestimmten Abschnitt des Hauptrahmens 12 positioniert, während die Magazinbasis 64 in dem Werkzeugmagazin 66 durch die Drehung des Schaltmotors 68 gedreht wird, zum Betätigen und Drehen und Schalten des durch die entsprechenden Greifarme 82 erhaltenen Werkzeughalters 58.

Folglich wird in den Zuständen des in den Fig. 7(a) bis 7(i) gezeigten automatischen Werkzeugwechslers der Maschinenur­ sprungspunkt bzw. Maschinennullpunkt Z0 als Betriebsreferenz­ position des Spindelkopfes 24 definiert. Eine Position unter­ halb des Maschinenursprungs Z0 definiert einen Bearbeitungs­ bereich, in dem der Hauptspindelkopf 24 das Bearbeiten eines Werkstückes ausführt. Andererseits definiert eine Position oberhalb des Maschinenursprunges Z0 den Bereich des automati­ schen Werkzeugwechselns (ATC-Bereich), in dem der Spindelkopf 24 einer Werkzeugauswechslung unterworfen wird. Weiterhin zeigt Fig. 8 ein Zeitablaufdiagramm, das die Tätigkeiten der entsprechenden Komponenten des automatischen Werkzeugwechs­ lers in Zusammenhang mit den in den Fig. 7(a) bis 7(i) darge­ stellten Zuständen zeigt. In Fig. 8 stellt die Ordinate eine Hubposition (Z-Achsenposition) des Spindelkopfes 24 dar, wäh­ rend die Abszisse die Zeit darstellt.

Fig. 7(a) zeigt eine Bedingung einer Werkzeugmaschine, indem ein Werkstück 91 bearbeitet wird. In diesem Zustand ist das untere Ende der Spindel 40 des Spindelkopfes 24 an einer Po­ sition unterhalb des Maschinenursprunges Z0 positioniert. In diesem Fall ist der erste Nockenfolger oder Stößel 24, der an dem Greifarm 82 vorgesehen ist, an dem obersten Abschnitt der entsprechenden ersten Nockenoberfläche 26a des zusammenge­ setzten Nockenteiles 86 positioniert, während der zweite Nockenfolger bzw. Stößel 96 an dem untersten Abschnitt der entsprechenden zweiten Nockenoberfläche 86b positioniert ist. Daher ist der gegabelte Abschnitt 83 des Greifarmes 82 an ei­ ner Position angeordnet, die den größtmöglichen Abstand von dem spezifischen Werkzeughalter 48 aufweist, der an dem Werk­ zeughalteteil 42 der Spindel 40 angebracht ist. Gemäß dieser räumlichen Anordnung kann der Spindelkopf nur zu seiner Ab­ wärtsposition zu dem Werkstück 91 zum Ausführen der vorbe­ stimmten Schneidtätigkeit bewegt werden, ohne mit dem Werk­ zeugmagazin 66 zu kollidieren.

Fig. 7(b) zeigt die Bedingung, in der der Spindelkopf 24 auf­ wärts zu einem Abschnitt bewegt wird, an dem das untere Ende der Spindel 40 im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Höhe des Maschinenursprunges Z0 angeordnet ist. Bei dieser Bedingung ist das Orientieren (d. h. Positionieren bei einer gegebenen Position) der Spindel 40 beendet und der erste Stößel 94 des Greifarmes 82 ist an dem mittleren Abschnitt der ersten Nockenoberfläche 86a positioniert, während der zweite Stößel 96 an dem mittleren Abschnitt der zweiten Noc­ kenoberfläche 86b zum Bewegen des Greifarmes 82 zu dem Werk­ zeughalter 48 positioniert ist, wodurch leicht der Greifarm 82 um den Schwenkstift 84 in die Richtung entgegengesetzt zu dem Uhrzeigersinn in Fig. 7 geschwenkt wird.

Daher ist das Paar von Tragstiften 98, das wie in Fig. 3 ge­ zeigt in dem gabelförmigen Abschnitt 83 des Greifarmes 82 vorgesehen ist, nahe benachbart zu der V-förmigen Rille 48a in der horizontalen Richtung und kreisumfangsmäßig orientiert und bildet den maximalen Durchmesserabschnitt des Werkzeug­ halters 48. Zu diesem Zeitpunkt greifen die Tragstifte 98 noch nicht in die V-förmige Rille 48a ein, wodurch die Schneidtätigkeit an dem Werkstück 91 durch das Werkzeug 50 durchgeführt werden könnte. Die erste und zweite Nockenober­ fläche 86a und 86b sind so ausgelegt, daß die Tragstifte 98 der vertikalen Verschiebung der V-förmigen Rille 48a des Werkzeughalters 48 bis zu der Zeit folgen können, zu der die Werkzeuggreiftätigkeit beendet ist, wie es in der Fig. 7(d) dargestellt ist.

Fig. 7(c) zeigt den nächsten Schritt, in dem der Spindelkopf zum Beispiel um den Abstand, der durch das Bezugszeichen Z30 bezeichnet ist, über dem Maschinennullpunkt Z0 zum Wechseln des Werkzeughalters 48 angehoben ist. Das heißt, der Spindel­ kopf 24 betritt den ATC-Bereich. Während der Aufwärtsbewegung des Spindelkopfes 24 zu dieser Bewegung wird die an dem Rück­ seitenabschnitt des Spindelkopfes 24 vorgesehene Knagge 101 den Begrenzungsschalter 102 um -, und der letztere wird konti­ nuierlich niedergedrückt. Daher gibt der Begrenzungsschalter 102 kontinuierlich das Erfassungssignal aus, das anzeigt, daß der Spindelkopf in den Bereich eintritt, in dem die Spindel­ rotation verboten ist.

Weiterhin kommt während der Aufwärtsbewegung des Spindel­ kopfes 34 die Nockenscheibe 28 des Nockenhebels 30 in Kontakt mit dem Stößel bzw. Nockenfolger 26, und der Kurbelhebel 30 beginnt entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn in Fig. 1 zu rotie­ ren gegen die Vorspannkraft der Spiralzugfeder 34. Weiterhin drücken die erste und zweite Nockenoberfläche 86a und 86b des zusammengesetzten Nockenteiles 86 den entsprechenden ersten und zweiten Nockenfolger 94 bzw. 96 gemäß der Aufwärtsbewe­ gung des Spindelkopfes 24 über die Höhe de Maschinennullpunk­ tes Z0. Daher wird der Greifarm 82 weiter in die Richtung entgegengesetzt zu dem Uhrzeigersinn geschwenkt.

Unter dieser Bedingung sind die Tragstifte 98 des gabelförmi­ gen Abschnittes 83 des Greifarmes 82 mit der V-förmigen Rille 48a des Werkzeughalters 48 ausgerichtet und bewegen sich in der nachlaufenden Weise, und die Tragstifte 98 werden dann gegen die vorspannende Kraft der Federn 99 eingezogen und sind seitlich von der Mittellinie C der Spindel 40 angeord­ net. Zu diesem Zeitpunkt beginnt das kurze Hebelteil 30a des Kurbelhebels 30, den Stift 56 der Zugstange 46 herunterzu­ drücken und das Klemmen des Halterklemmteiles 44 in bezug auf den Zugansatz 54 des Werkzeughalter 48 freizugeben.

Als nächstes zeigt Fig. 7(d) den Zustand, in dem der Spindel­ kopf 24 um den Abstand angehoben ist, der durch das Bezugs­ zeichen Z50 bezeichnet ist. Wie aus dem in Fig. 8 gezeigten Zeitablaufdiagramm ersichtlich ist, ist der Kurbelhebel 30 vollständig geschwenkt, kurz bevor diese Höhe erreicht ist, und das Halterklemmteil 44 gibt den Zugansatz 54 frei, wo­ durch die Entklemmbedingung des Werkzeughalters 48 beendet ist. Der Greifarm 82 springt weiter in die Richtung entgegen­ gesetzt zu dem Uhrzeigersinn (Fig. 7) unter dem Eingriff zwi­ schen der ersten und zweiten Nockenoberfläche 86a und 86b und des ersten und zweiten Stößels 94 bzw. 96, wodurch die Stahl­ kugel 90 in dem Kreisarm 82 fest in der gekerbten Rille 88b des Greifunterstützungsvorsprunges 88 ruht. Unter dieser Be­ dingung halten die Tragstifte 98 vollständig die V-förmige Rille 48a des Werkzeughalters 48, wodurch der Werkzeughalter 48 mittels des Greifarmes 82 eingespannt ist. Unter dieser Bedingung beginnt das Herausziehen des Werkzeughalters 48 aus dem Spindelkopf 24.

Fig. 7(e) zeigt einen Zustand, in dem der Spindelkopf 24 auf­ wärts um eine Entfernung von Z138 von dem Maschinenursprung bewegt ist. Gemäß dieser Höhe des Spindelkopfes 24 über der in Fig. 7(b) gezeigten Position wird der an der Spindel 40 gesicherte Werkzeughalter 48 von dem Greifarm 82 gehalten und verbleibt intakt in dem Greifarm 82. In dem in Fig. 7(e) ge­ zeigten Schritt wird der Werkzeughalter 48 von der Spindel entfernt, wodurch der Werkzeugübergang von dem Spindelkopf 24 und zum dem Werkzeugmagazin 66 beendet werden kann. Bei der höchsten Spindelkopfposition (Z=138) wird der Magazinmotor 68 gedreht zum drehenden Schalten bzw. Indexieren der Scheibe 80 unter dem betriebsmäßigen Eingriff zwischen der Nockentrommel 76 und dem Stößel bzw. Nockenfolger 78.

Fig. 7(f) zeigt einen Zustand, in dem ein anderer Greifarm 82, der einen anderen Werkzeughalter 48 hält, der für die nächste Bearbeitung benutzt werden soll, direkt unterhalb des Werkzeughalteteiles 42 des Spindelkopfes 24 angeordnet ist, wobei der neue Werkzeughalter 48 in Ausrichtung mit der Linie C gebracht wird.

Es wird beschrieben, wie als nächstes der neu bereitgestellte Werkzeughalter 42 mit dem Werkzeughalteteil 42 der Spindel 40 eingreift. Die neue Zusammensetzung der Spindel 40 wird durch umgekehrte Rotation des Z-Achsenmotors 22 und die Abwärtsbe­ wegung des Spindelkopfes 24 ausgeführt.

Fig. 7(g) zeigt einen Zustand, in dem der Spindelkopf 24 zu einer Position abgesenkt ist, die von dem Maschinenursprung Z0 durch die Entfernung Z50 entfernt ist. Durch das Senken des Spindelkopfes 24 wird der Dorn 52 des neu zugeführten Werkzeughalters 48 in das Werkzeughalteteil 42 eingeführt. Der erste und zweite Stößel 94 und 96 sind in einem Abstand von der ersten und zweiten Nockenoberfläche 86a und 86b des zusammengesetzten Nockenteiles 86 gegenüber den in den Fig. 7(e) und (f) gezeigten Zuständen. Die Stößel 94 und 96 kommen jedoch wieder in Kontakt mit den entsprechenden Nockenober­ flächen 86a bzw. 86b zum Beginnen der Ausweichbewegung des Greifarmes 82 relativ zu dem Werkzeughalter 48. Das heißt, der Greifarm 82 beginnt die Schwenkbewegung um den Schwenk­ stift 84 im Uhrzeigersinne (Fig. 7) und die Stifte 98 in dem gabelförmigen Abschnitt 83 des Greifarmes 82 folgender Bewe­ gung der V-förmigen Rille 48a, die in dem Kreisumfang des Werkzeughalters 48 gebildet ist.

Wenn der Spindelkopf 24 zu dem Abstand abgesenkt ist, der durch das Bezugszeichen Z=47 bezeichnet ist, beginnt die Nockenscheibe 28 im Eingriff mit dem Stößel 26 zum Schwenken des Kurbelhebels 30 in die Richtung entgegengesetzt zum Uhr­ zeigersinne (Fig. 1) sich von dem Stößel 26 zum Klemmen des Zugansatzes 54 des Werkzeughalters 48 mit Hilfe des Halter­ klemmteiles 44 zu bewegen.

Wenn, wie in Fig. 7(h) gezeigt ist, der Spindelkopf 24 weiter zu der Position abgesenkt wird, die durch Z30 in bezug auf den Maschinenursprung Z0 bezeichnet ist, kommt die Nocken­ scheibe 28 des Kurbelhebels 30 vollkommen frei von dem Stößel 26, so daß der Klemmbetrieb des Halterklemmteiles 44 in bezug auf den Zugansatz 54 beendet ist. Weiterhin kommt die in dem Spitzenendabschnitt des Greifarmes 82 vorgesehene Stahlkugel von der gekerbten Rille 88b des Greifunterstützungsvor­ sprunges 88 frei, und der Greifarm 82 wird im Uhrzeigersinne (Fig. 7) wegen des zugehörigen Eingriffes zwischen den Stößeln 94 und 96 und den zugehörigen Nockenoberflächen 86a und 86b geschwenkt.

Fig. 7(i) zeigt einen Zustand, in dem der Spindelkopf 24 wei­ ter gesenkt ist und den Maschinenursprung Z0 erreicht. Unmit­ telbar vor der Ankunft des Spindelkopfes 24 an dem Maschinen­ ursprung wird die an dem hinteren Abschnitt des Spindelkopfes 24 vorgesehene Knagge 101 von dem Begrenzungsschalter 102 ge­ trennt. Daher wird das Erfassungssignal nicht mehr erzeugt. Folglich wird bestätigt, daß der Spindelkopf 24 aus dem Be­ reich bewegt ist, in dem die Drehung verboten ist. An dem Ma­ schinenursprung Z0 ist der Greifarm 82 vollständig von dem Werkzeughalter 48 getrennt, der eingeführt in das Werkzeug­ halteteil 42 der Spindel 40 gehalten ist.

Wenn der Spindelkopf 24 weiter abwärts von dem Maschinenur­ sprung Z0 bewegt wird, wird der Greifarm 82 weiter weg von dem Werkzeughalter 48 bewegt, wie es in Fig. 7(a) gezeigt ist, wodurch das alleinige Absenken des Spindelkopfes 24 in bezug auf das Werkstück 91 möglich wird.

Als siebentes wird die Steuereinrichtung beschrieben. Das in Fig. 9 gezeigte Blockschaltbild zeigt eine Steuereinrichtung zum Steuern der automatischen Werkzeugwechselvorrichtung nach der oben beschriebenen Ausführungsform. Eine Steuereinrich­ tung 100 weist einen Computer auf, der primär drei CPUs ent­ hält, nämlich eine Master-CPU (Haupt-CPU) 111 für die Gesamt­ steuerung, eine Slave-CPU (Neben-CPU) 112 zum hauptsächlichen Betreiben des Bearbeitens des Werkstückes und eine ATC-CPU 113 zum hauptsächlichen Betreiben der Werkzeugauswechseltä­ tigkeit.

Mit der Master-CPU 111 sind ein Master-ROM (Haupt-ROM) 114, in dem ein Programm zum Betreiben der Steuereinrichtung selbst und Konstanten gespeichert sind, ein erster Master-RAM (Haupt-RAM) 115 zum zeitweiligen Speicher von Variablen und Marken während der Verarbeitung und ein zweiter Master-RAM 116 zum Speichern eines Werkzeugauswechselzeitablaufes und eines Bearbeitungsprogrammes zum Auswählen eines geeigneten Werkzeuges in bezug auf das Werkstück gespeichert. Der Inhalt des zweiten Master-RAMs 116 wird selbst dann aufrechterhal­ ten, wenn die elektrische Spannungsversorgung abgeschaltet ist.

Mit der Slave-CPU 112 ist ein Slave-ROM (Neben-ROM) 117, in dem ein Motortreiberprogramm zum Bearbeiten des Werkstückes und Konstanten gespeichert sind, und ein Salve-RAM (Neben- RAM) 118, in dem zeitweilig Variable und Marken während der Steuerung des Bearbeitens des Werkstückes gespeichert sind, verbunden. Weiterhin sind mit der ATC-CPU 113 ein ATC-ROM 119, in dem ein Magazinrotationsprogramm und Konstanten für die Werkzeugauswechslung gespeichert sind, und ein ATC-RAM 120, in dem zeitweilig Variable und Marken für das Werkzeug­ auswechselsteuerprogramm gespeichert sind, verbunden.

Ein Master/Slave-kompatibler RAM (M/S-RAM) 121 ist zwischen die Master-CPU 111 und die Slave-CPU 112 für den Daten- oder Signalaustausch dazwischengeschaltet. Zum Beispiel sendet die Master-CPU 111 Instruktionen an die Slave-CPU 112, oder das Signal von der Slave-CPU 112 wird zu der Master-CPU 111 ge­ sendet. Daten und Informationen von der Master-CPU 111 und von der Slave-CPU 112 werden in den M/S-Ram 121 geschrieben, oder solche Daten und Informationen werden daraus ausgelesen.

Weiterhin ist ein Master/ATC-kompatibler RAM (M/A-RAM) 122 zwischen die Master-CPU 111 und die ATC-CPU 113 zum Austausch von Daten und Signalen dazwischen geschaltet. Zum Beispiel sendet die Master-CPU 111 eine Instruktion an die ATC-CPU, oder das Signal von der ATC-CPU 113 wird an die Master-CPU 111 durch den M/A-RAM 122 gesendet. Ähnlich wie bei dem M/S- RAM 121 werden Daten oder Informationen von der Master-CPU 111 und von der ATC-CPU 113 in den M/A-RAM 122 geschrieben und solche Daten und Informationen daraus ausgelesen.

Die Master-CPU 111 ist ebenfalls mit einer Tastatur 123 zum Erzeugen und Eingeben eines Verarbeitungsprogrammes und mit einem Bildschirm (CRT) 24 zum Anzeigen des Bearbeitungspro­ grammes verbunden.

Die Slave-CPU 112 ist mit einem X-Achsenmotor 125 zum Bewegen eines (nicht gezeigten) Arbeitstisches in die X-Richtung, einem Y-Achsenmotor 126 zum Bewegen des Arbeitstisches in die Y-Richtung, einem B-Achsenmotor 127 zum Drehen des Arbeitsti­ sches, dem oben beschriebenen Z-Achsenmotor 22 zum vertikalen Bewegen des Spindelkopfes 24 und dem Spindelmotor 36 zum Dre­ hen der Spindel 40 verbunden. Die Slave-CPU 112 ist zum ge­ steuerten Treiben dieser Motoren so ausgelegt, daß eine Bear­ beitung mit einem vorbestimmten Werkzeug in bezug auf das auf dem Arbeitstisch angebrachte Werkstück durchgeführt wird. Die Slave-CPU 112 ist ebenfalls mit dem Begrenzungsschalter 102 (als Sensor in Fig. 19 bezeichnet) verbunden, der den Bereich nachweist, in dem die Spindelrotation verbunden ist, wodurch angezeigt wird, daß der Spindelkopf 24 in eine Position ober­ halb des Maschinenursprunges Z0 gebracht ist, d. h. in den Bereich der verbotenen Spindelrotation.

Darüber hinaus ist die ATC-CPU 113 mit dem Magazinmotor 68 verbunden. Der Magazinmotor 68 wird gesteuert von der ATC-CPU 113 zum Drehen des Werkzeugmagazines 66, damit die Rotations­ zuführung des folgenden einzusetzenden Werkzeuges ausgeführt werden kann.

Fig. 10 zeigt eine Speicheranordnung in dem M/S-RAM 121, durch den Information aus der Master-CPU 111 zu der Slave-CPU 112 und umgekehrt übertragen wird. Die Speicherplätze 151 bis 155 enthalten verschiedene Marken, und die Speicherplätze 156 bis 162 speichern Anweisungsdaten, die von der Master-CPU 111 zu der Slave-CPU 112 zu übertragen sind. Weiterhin enthalten die Speicherplätze 165 bis 168 Daten, die von der Slave-CPU 112 zu der Master-CPU 111 zu übertragen sind.

Im einzelnen: Der Speicherplatz 151 enthält die Ausführungs­ startmarke "START F" zum Befehlen eines Startes des Betrie­ bes. Wenn die Marke 151 auf "1" durch die Master-CPU 111 ge­ setzt ist, beginnt die Slave-CPU 112 die betriebsmäßige Aus­ führung unter Bezugnahme auf andere Informationen.

Der Speicherplatz 152 enthält die Ausführungsendmarke "END F" zum Anzeigen der Beendigung des Betriebes. Wenn der durch die Ausführungsstartmarke "START F" gestartete Betrieb beendet ist, wird die Marke 152 durch die Slave-CPU 112 auf "1" ge­ setzt, so daß die Master-CPU 111 das Ende des Betriebes an­ zeigen kann.

Der Speicherplatz 153 enthält eine Schneidmodusmarke "CUT F".

Wenn die Marke 153 durch die Master-CPU 111 auf "1" gesetzt ist, wird ein Schneidmodus (G01) in bezug auf den Tischvor­ schub vorgesehen, während, wenn die Marke 153 durch die Master-CPU 111 auf "0" gesetzt ist, ein Positioniermodus (G00) vorgesehen ist. In dem Positioniermodus G00 setzt die Slave-CPU 112 die oben beschriebene Ausführungsendmarke "END F" 152, nachdem die Tischbewegung beendet ist. Andererseits setzt in dem Schneidmodus G01 die Slave-CPU 112 die Ausfüh­ rungsendmarke "END F" 152, wenn die Bremsung der Tischbewe­ gung begonnen wird, wodurch die nächste Tischvorwärtsbewegung ermöglicht wird.

Der Speicherplatz 154 enthält eine Gewindeschneidemarke "TAP F". Bei der Gewindeschneidetätigkeit wird die Marke 154 auf "1" durch die Master-CPU 111 gesetzt. Der Speicherplatz 155 enthält eine Spindelbetriebsmarke "SPCMD F". Die Marke 155 wird auf "1" durch die Master-CPU 111 für die Zeit der Rota­ tion der Spindel gesetzt, und sie wird auf "2" für die Zeit der Orientierung gesetzt.

In Fig. 10 enthalten die Speicherplätze 156 bis 159 den X- Achsenvorschubbefehlswert XCMD V, den Y-Achsenvorschubbe­ fehlswert YCMD V, den Z-Achsenvorschubbefehlswert ZCMD V und den B-Achsenvorschubbefehlswert BCMD V. Wenn ein Befehl von der Master-CPU 111 in bezug auf einen derartigen axialen Vor­ schub abgegeben wird, wird die folgende Vorschubentfernung mit inkrementalem Betrag geschrieben. Weiterhin ist in dem Speicherplatz 160, 161 und 162 der Spindelrotationsbefehls­ wert SPCMD V, die Vorschubefehlsgeschwindigkeit FEED V bzw. der Gewindesteigungsbefehlswert PITCH V gespeichert.

Weiterhin enthalten die Speicherplätze 165, 166, 167 und 168 die gegenwärtige X-Achsenposition XPOS V, die gegenwärtige Y- Achsenposition YPOS V, die gegenwärtige Z-Achsenposition ZPOS V und die gegenwärtige B-Achsenposition BPOS V. Die Da­ ten der gegenwärtigen Positionen werden einer nach dem ande­ ren durch die Slave-CPU 112 gemäß des Ausführens des Vor­ schiebens erneuert. Es soll angemerkt werden, daß der M/S-RAM 121 so ausgelegt sein kann, daß er verschiedene Daten spei­ chern kann, so daß zusammengesetzte Betriebe der Maschine so­ weit wie möglich ausgeführt werden können.

Fig. 11 zeigt eine Speicheranordnung in bezug auf den Master- ATC-kompatiblen RAM (M/A-RAM) 122, durch den Daten oder In­ formationen von der Master-CPU 111 zu der ATC-CPU 113 und um­ gekehrt übertragen werden. Ein Speicherplatz 171 trägt die Ausführungsstartmarke ASTART F. Wenn die Marke auf "1" durch die Master-CPU 111 gesetzt ist, startet die ATC-CPU 113 den Betrieb unter Bezugnahme auf andere Informationen. Ein Spei­ cherplatz 172 trägt eine Ausführungsendmarke AEND F. Die Marke 172 wird durch die ATC-CPU 113 auf "1" gesetzt, wenn die durch die Ausführungsmarke ASTART F 171 ausgeführte Tä­ tigkeit beendet ist. Die betriebsmäßige Beendigung wird an die Master-CPU 111 übermittelt. Ein Speicherplatz 173 spei­ chert Daten in bezug auf eine Magazinrotationsgefäßzahl APOT V. Eine Magazingefäßzahl in bezug auf ein Werkzeug, das in dem nächsten Betrieb benutzt werden wird, wird durch die Master-CPU 111 so eingeschrieben, daß die ATC-CPU 113 eine neue Anzeigeposition für die nächste Werkzeugauswechseltätig­ keit festlegen kann.

Als nächstes wird das Steuerkonzept beschrieben. Unter Bezie­ hung auf die obige Struktur wird die Tätigkeit in der Steuer­ einrichtung beschrieben. Die Bearbeitungssteuerung für das Werkstück und die Werkzeugauswechselsteuerung werden als Re­ aktion auf den Befehl der Master-CPU 111 ausgeführt. In der Master-CPU wird das durch die Tastatur 123 eingegebene und in dem zweiten Master-RAM 116 gespeicherte Bearbeitungsprogramm nacheinander gelesen, und wenn sich die gelesenen Daten auf das Werkstückbearbeiten beziehen, werden die Befehlsdaten in den M/S-RAM 121 geschrieben. Die Slave-CPU 112 liest die ge­ schriebenen Kommandos aus und bestimmt die Vorschubwerte für die Motoren 22, 125, 126 und 127 und die Drehzahlen der Spin­ del 40 zum Ausführen der oben beschriebenen Werkstückbearbei­ tungssteuerung. Wenn ähnlich das gelesene Bearbeitungspro­ gramm Werkzeugauswechselinformation enthält, werden die Be­ fehlsdaten sowohl in den M/S-RAM 121 als auch in den R/A-RAM 122 geschrieben. Folglich steuert die Slave-CPU 122 die Moto­ ren 22, 125, 126, 127 und den Spindelmotor 36, und die ATC- CPU 113 steuert den Magazinmotor 68 zum Ausführen der Werk­ zeugauswechselsteuerung.

Die Werkzeugauswechselsteuerung wird kurz in Fig. 12 darge­ stellt. Wenn die Bearbeitungstätigkeit gemäß des Befehles un­ mittelbar vor dem Werkzeugauswechselbefehl beendet ist, wird die Maschinenursprunganfahrtätigkeit 202 sofort gestartet. Das heißt, das Hochheben des Spindelkopfes 24 wird begonnen. Gleichlaufend wird damit wird zu diesem Zeitpunkt die Orien­ tierung (Wiedergewinnung der gegebenen Spindelposition in der Rotationsrichtung) 203 ebenfalls durchgeführt. Weiterhin wird unter der Bedingung, daß die Spindelorientierung 203 beendet ist, eine doppelte Steuerung in bezug auf die Bremstätigkeit des Spindelkopfes in der Schlußphase des Z-Achsen-Maschinen­ ursprunganfahrens und der Beschleunigungstätigkeit 204 der weiteren Aufwärtsbewegung des Spindelkopfes 24 entlang der Z- Achse gemacht. Wenn der Spindelkopf 24 die Magazinrotations­ position erreicht, die benachbart zu der obersten Position angeordnet ist, wird die Magazinausführtätigkeit 205 gestar­ tet zum Rotieren des Magazins durch den Magazinmotor 68, wo­ durch das Werkzeug angezeigt wird, das als nächstes zur Bear­ beitung benutzt wird. Während der Magazintätigkeit 205 werden sowohl ein X-Achsenvorschub als auch ein Y-Achsenvorschub 206 ausgeführt, so daß der Tisch zu einer Position für die näch­ ste Bearbeitungsposition bewegt wird. Wenn die Magazintätig­ keit beendet ist, wird das Z-Achsenmaschinenursprungsanfahren 207 aus dem ATC-Bereich begonnen, so daß der Spindelkopf 24 beginnt, sich abwärts zu bewegen.

Weiterhin wird eine duale Steuerung bzw. doppelte Steuerung in bezug auf die Bremstätigkeit des Spindelkopfes in der Schlußphase des Z-Achsenmaschinenursprungsanfahrens und der Beschleunigungstätigkeit 208 der weiteren Abwärtsbewegung des Spindelkopfes 24 gemacht. Daher wird der Spindelkopf 24 zu der nächsten Bearbeitungsposition ohne Halt an dem Maschinen­ ursprung Z0 bewegt. Weiterhin wird unter der Bedingung, daß der Spindelkopf aus dem Bereich der verbotenen Spindelrota­ tion bewegt ist und die Knagge 101 den Begrenzungsschalter 102 freigegeben hat, die Spindelrotation 209 begonnen, und die Spindel wird mit den Drehzahlen für die nächste Bearbei­ tung gedreht. Damit ist der Werkzeugauswechselvorgang been­ det, und das nächste Bearbeiten 210 wird gemäß der folgenden Befehle gestartet.

Wie oben beschrieben ist, wird bei der automatischen Werk­ zeugwechselvorrichtung die Verschiebungstätigkeit 202 des Spindelkopfes 24 von dem Bearbeitungsbereich zu dem Z-Achsen­ maschinenursprung und die Spindelausrichtung 203 gleichzeitig ausgeführt, und weiter überlappen die Steuerung des Maschi­ nenursprungsanfahrens 202 und der Aufwärtsbewegung 204 des Spindelkopfes entlang der Z-Achse teilweise miteinander. Wei­ terhin überlappen die Steuerung des Maschinenvorsprungsanfah­ rens 207 von dem ATC-Bereich und der Abwärtsbewegung 208 des Spindelkopfes entlang der Z-Achse ebenfalls teilweise mitein­ ander. Folglich wird die Zeitdauer zum Auswechseln des Werk­ zeuges durch ein neues Werkzeug verringert.

Als neuntes wird das Verarbeiten in der Steuereinrichtung be­ schrieben. Das oben beschriebene Steuerkonzept wird durch die Steuereinrichtung 110 auf die folgende Weise verwirklicht.

Fig. 13 zeigt ein Beispiel eines Bearbeitungsprogrammes der Werkzeugwechselphase. Nach dem abschließenden Bearbeitungsbe­ fehl 220 ist ein zusammengesetzter Befehl 221 programmiert, der aus einem Maschinenursprungsanfahrbefehl G28Z und einem Spindelorientierungsbefehl ORI besteht. Als nächstes ist ein anderer zusammengesetzter Befehl 222 programmiert, der aus einem Werkzeugwechselbefehl T07 und einem Tischpositionierbe­ fehl G00X100Y50 besteht. Hier wird der Werkzeugbehälter der Nr. 7 für das nächste zu benutzende Werkzeug ausgewählt. Da­ nach ist noch ein anderer zusammengesetzter Befehl 222 pro­ grammiert, der aus einem Positionierbefehl G00Z-50 zum Posi­ tionieren der Z-Achse und dem Spindelrotationsbefehl SPN4000 besteht. Nachfolgend ist dann der nächste Bearbeitungsbefehl 224 programmiert.

Der Betriebsablauf in der Master-CPU 111 ist durch ein Fluß­ ablaufdiagramm in Fig. 14 gezeigt. Das Verfahren wird in Schritt 300 begonnen, das Bearbeitungsprogramm wird nachein­ ander in Schritt 301 eingelesen. Danach wird in Schritt 302 die Art der Tätigkeit des Bearbeitungsprogrammes beurteilt. Wenn sich das Bearbeitungsprogramm auf die einzelne Tätigkeit bezieht, geht das Verfahren zu Schritt 311 bis 315, so daß die Art der einzigen Tätigkeit beurteilt werden kann.

Zum Beispiel wird in Schritt 311 festgestellt, ob das Bear­ beitungsprogramm ein Positionierkommando G00 ist oder nicht. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Verfahren zu Schritt 321 zum Ausführen des Positionierverfahrens. Wenn andererseits das Ergebnis NEIN ist, geht das Verfahren zu Schritt 312, wo beurteilt wird, ob das Bearbeitungsprogramm ein Vorschubbe­ fehl G01 ist. Wenn das Ergebnis in Schritt 312 JA ist, geht das Verfahren zu Schritt 322 zum Ausführen der Schneidevor­ schubtätigkeit. Wenn andererseits das Ergebnis NEIN ist, geht das Verfahren zu Schritt 313, wo bestimmt wird, ob das Bear­ beitungsprogramm ein Gewindeschneidebefehl G77 ist. Wenn das Ergebnis in Schritt 313 JA ist, wird das Gewindeschneiden in Schritt 323 ausgeführt. Wenn andererseits das Ergebnis NEIN ist, geht das Verfahren zu Schritt 314.

Als nächstes wird in Schritt 314 bestimmt, ob das Bearbei­ tungsprogramm ein Hilfssignalbefehl Mnn ist. Wenn das Ergeb­ nis JA ist, wird das Signalverarbeiten in Schritt 324 ausge­ führt, wenn jedoch das Ergebnis NEIN ist, geht das Verfahren zu Schritt 315, wo bestimmt wird, ob das Bearbeitungsprogramm das Programm der Programmbeendigungsbefehl M30 ist. Dann geht das Verfahren in Schritt 325 zu dem Verfahren zum Durchführen der Programmbeendigung. Diese Verfahren 321 bis 325 werden ausgeführt, indem Befehle mit den notwendigen Marken und Da­ ten durch die Master-CPU 111 in den MS-RAM 121 geschrieben werden. Die Master-CPU 111 wartet auf das Setzen der Ausfüh­ rungsendmarke END F 152 in dem MS-RAM 121 mittels der Slave- CPU 112. Wenn die Ausführungsendmarke in dem MS-RAM 121 ge­ setzt ist, geht das Verfahren zu Schritt 303.

Wenn andererseits in Schritt 302 bestimmt ist, daß das zu be­ urteilende Bearbeitungsprogramm eine zusammengesetzte Tätig­ keit betrifft, geht das Verfahren zu Schritt 331 bis 333 zum Bestimmen der Art der zusammengesetzten Tätigkeit. Zum Bei­ spiel wird im Schritt 331 bestimmt, ob das Programm das zu­ sammengesetzte Verfahren eines Werkzeugwechsels und eines Po­ sitionierbefehles betrifft, Tnn G00. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Verfahren zu Schritt 341 zum Ausführen dieses zusammengesetzten Verfahrens. Das heißt, in Schritt 341 wird der Spindelkopf 24 so gesteuert, daß er bewegt wird, und das Magazin 66 wird so gesteuert, daß es in dem ATC-Bereich das einzuwechselnde Werkzeug anzeigt, und das Positionieren des Tisches wird gesteuert.

Wenn Schritt 331 das Ergebnis NEIN ist, geht das Verfahren zu Schritt 332, wo bestimmt wird, ob das Programm das zusammen­ gesetzte Verfahren des Positionierens und des Spindelrotati­ onsbefehles G00 SPN betrifft. Falls das Ergebnis JA ist, wird das entsprechende Verfahren in Schritt 342 ausgeführt. Falls das Ergebnis in Schritt 332 NEIN ist, geht das Verfahren wei­ ter zu Schritt 333, wo beurteilt wird, ob das Programm ein zusammengesetztes Verfahren betrifft, das Maschinenursprungs­ anfahren und den Spindelorientierungsbefehl G28N ORI enthält. Falls das Ergebnis JA ist, wird das entsprechende zusammenge­ setzte Verfahren in Schritt 343 ausgeführt. Diese Verfahren 341 bis 343 werden ausgeführt, indem die aus den vorbestimm­ ten Marken und Daten bestehenden Befehle sowohl in den M/S- RAM 121 als auch in den M/A-RAM 122 geschrieben werden.

Wenn die Bearbeitungsendmarken END F 152 und AEND F 172 ge­ setzt sind, geht das Verfahren zu Schritt 303. In Schritt 303 wird bestimmt, ob alle Bearbeitungsprogramme abgearbeitet sind. Wenn das Ergebnis NEIN ist, geht das Verfahren zurück zu Schritt 301 zum Wiederholen des oben beschriebenen Verfah­ rens. Wenn alle Bearbeitungsprogramme beendet sind, geht das Verfahren zu Schritt 304 und beendet die Tätigkeit.

Gemäß dem in Fig. 13 gezeigten Verarbeitungsprogramm führt der Befehl 221 zu dem Schritt 343, wo die zusammengesetzten Steuerungen des Maschinenursprungsanfahrens und der Spindelo­ rientierung G28Z ORI ausgeführt werden. Dann führt der Befehl 222 zu dem Schritt 341, wo die zusammengesetzten Steuerungen zum Werkzeugwechseln und Positionieren Tnn G00 ausgeführt werden. Danach führt der Befehl 323 zu dem Schritt 342, wo die zusammengesetzten Steuerungen des Positionierens und der Spindelrotation G00 SPN ausgeführt werden.

Als nächstes werden die Verfahren 433, 431 und 432 beschrie­ ben.

Fig. 15 zeigt ein Ablaufdiagramm in bezug auf das Verfahren 343, bei dem das Maschinenursprungsanfahren und Spindelorien­ tieren ausgeführt werden. Wenn das Verfahren 343 gestartet wird, wird der Z-Achsenvorschubbefehlswert ZCMD V 15S in den M/S-RAM 121 gesetzt. Der Z-Achsenvorschubbefehlswert ZCMD V 158 wird abgeleitet, indem ein inhärenter Z-Achsenmaschinen­ ursprung Z0 von der gegenwärtigen Z-Achsenposition ZPOS V 167 abgezogen wird, der in dem M/S-RAM 121 gespeichert ist:
ZCMD V = Z0 - ZPOS V.

Als nächstes wird in Schritt 402 bestimmt, ob das gegenwär­ tige Z-Achsenmaschinenursprungsanfahren für die Werkzeugwech­ seltätigkeit benötigt wird. Diese Entscheidung wird auf der Basis der Frage getroffen, ob der Werkzeugwechselbefehl Tnn in dem Bearbeitungsprogramm 222 enthalten ist, das als näch­ stes ausgeführt wird. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Ver­ fahren zu Schritt 403 so, daß die Schneidmodusmarke CUT F 153 auf "1" gesetzt wird. Wenn andererseits das Ergebnis von Schritt 402 NEIN ist, geht das Verfahren so zu Schritt 404, daß die Schneidmodusmarke CUT F 153 auf "0" gesetzt wird. Selbst wenn ein normales Maschinenursprungsanfahren in dem Positioniermodus G00 ausgeführt wird, wird als Resultat der Schneidmodus G01 vorgesehen, soweit das Maschinenursprungsan­ fahren zum Zwecke des Werkzeugwechselns ausgeführt ist.

Als nächstes wird in Schritt 405 die Spindelbetriebsmarke SPCMD F 160 auf "2" für den Befehl der Spindelorientierung gesetzt. Somit ist die vorbereitende Tätigkeit beendet. In Schritt 406 wird die Ausführungsstartmarke START F 151 auf "1" gesetzt, so daß der Startausführungsbefehl an die Slave- CPU 112 abgesetzt wird. Dann wird in Schritt 407 entschieden, ob die Ausführungsendmarke END F 152 durch die Slave-CPU 112 gesetzt ist. Die Slave-CPU 112 setzt "1" in die Ausführungs­ endmarke END F 152, wenn sowohl das Spindelausrichten als auch das Z-Achsenmaschinenursprungsanfahren beendet sind.

Da die Schneidmodusmarke CUT F 153 in Schritt 403 auf "1" ge­ setzt ist, wird zu diesem Zeitpunkt "1" durch die Slave-CPU 112 in die Ausführungsendmarke END F 152 gesetzt, trotz der Tatsache, daß der Spindelkopf 24 noch nicht den Maschinenur­ sprung Z0 erreicht hat, gleichzeitig mit dem Start der Bremstätigkeit unmittelbar bevor der Kopf 24 den Maschinenur­ sprung erreicht. Wenn die Ausführungsendmarke END F 152 auf "1" gesetzt ist, geht das Verfahren zu Schritt 408 von 407, wodurch das gegenwärtige Maschinenursprungsanfahren und das Spindelorientieren 343 beendet wird.

Fig. 16 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Bezug auf die folgenden Werkzeugwechsel- und Positionierverfahren 341. Die Verfahren 341 enthalten drei Phasen mit einer ersten, zweiten und drit­ ten Phase. In der ersten Phase wird das Spindelkopffahren zu der Magazindrehposition (Z=138) ausgeführt. In der zweiten Phase wird das Drehen des Magazines 66 und das Tischpositio­ nieren ausgeführt. In der dritten Phase wird die Rückkehrbe­ wegung des Spindelkopfes 24 zu dem Maschinenursprung Z0 aus­ geführt.

Wenn das Verfahren 341 gestartet wird, wird die erste Phase gestartet (Fig. 16(a)). In Schritt 511 wird der Z-Achsenvor­ schubbefehlswert ZCMD V 158 zum Vorschieben des Spindelkopfes 24 zu der Magazindrehposition gesetzt. Der Z-Achsenvorschub­ befehlswert ZCMD V 158 ist ein inhärenter Wert, der sich zwi­ schen dem Z-Achsenmaschinenursprung Z0 und einer Position nahe dem obersten Ende der Z-Achse erstreckt. Bei der vorlie­ genden Ausführungsform ist der Wert auf Z=138 gesetzt. In Schritt 512 wird die Ausführungsmarke START F 152 auf "1" ge­ setzt, so daß die Slave-CPU 112 beginnt, den Motor 22 zum Vorschieben in der Z-Achse zu steuern. In Schritt 513 wird bestimmt, ob die Ausführungsendmarke END F 152 auf "1" ge­ setzt ist. Somit ist das Verfahren der ersten Phase beendet und das Verfahren geht in die zweite Phase.

In der zweiten Phase (Fig. 16(b)) wird in Schritt 521 die durch das Bearbeitungsprogramm angewiesene Behälterzahl in die Magazinrotationsbehälterzahl APOT V 173 des M/A-RAMS 122 geschrieben. Zum Beispiel ist gemäß dem in Fig. 13 gezeigten Bearbeitungsprogramm die Behälterzahl "07" gegeben. Als näch­ stes wird in Schritt 522 der X-Achsenvorschubbefehlswert XCMD V 156 gesetzt, und in Schritt 523 wird der Y-Achsenvorschub­ befehlswert YCMD V 157 gesetzt. Diese Vorschubbefehlswerte werden erzeugt durch Abziehen der gegenwärtigen X-Achsenposi­ tion XPOS V 165 und der gegenwärtigen Y-Achsenposition YPOS V 166 von den Koordinaten X100Y50. Damit ist das vorbereitende Verfahren beendet, und das Programm geht zu Schritt 524, wo die Bearbeitungsstartmarke ASTART F 171 des M/A-RAMs 122 und die Ausführungsstartmarke START F 121 des M/S-RAM 121 auf "1" gesetzt werden zum Starten der Tätigkeit in der ATC-CPU 113 und der Slave-CPU 112. In Schritt 525 wird bestimmt, ob das Verfahren in der ATC-CPU 113 beendet ist und die Ausführungs­ endmarke AEND F 172 auf "1" gesetzt ist. Weiterhin wird in Schritt 526 bestimmt, ob das Verfahren in der Slave-CPU 112 beendet ist und die Ausführungsendmarke END F 152 auf "1" ge­ setzt ist. Somit ist das Verfahren in der zweiten Phase been­ det, und das Verfahren geht zu der dritten Phase (Fig. 16(c)).

In Schritt 531 wird der Z-Achsenvorschubbefehlswert ZCMD V 158 zum Zurückführen des Spindelkopfes 24 zu dem Maschinenur­ sprung Z0 gesetzt. Dieser Z-Achsenbefehlswert ZCMD V 158 ist ein inhärenter Wert, der zwischen einer Position benachbart zu der obersten Position des Spindelkopfes 24 und dem Z-Ach­ senmaschinenursprung Z0 sich erstreckt. Bei der gegenwärtigen Ausführungsform ist Z=-138 vorgesehen. Dann wird in Schritt 532 die Schneidmodusmarke CUT F 153 auf "1" gesetzt, worauf­ hin das Z-Achsenmaschinenursprungsanfahren in dem Schneidmo­ dus G01 ausgeführt wird. Als nächstes wird in Schritt 553 die Ausführungsstartmarke START F 151 auf "1" gesetzt, so daß die Slave-CPU 112 das Verarbeiten beginnen kann, und danach wird im Schritt 534 entschieden, ob die Ausführungsendmarke END F 152 auf "1" gesetzt ist. Da hier die Schneidmodusmarke CUT F 153 auf "1" gesetzt ist, ist die Ausführungsendmarke END F 152 gleichzeitig mit dem Start des Bremsens des Spindelkopfes 24, unmittelbar bevor der Spindelkopf den Maschinenursprung Z0 erreicht hat, auf "1" gesetzt. Wenn die Ausführungsend­ marke END F 152 auf "1" gesetzt ist, geht das Verfahren zu Schritt 535 von dem Schritt 534, wodurch das gegenwärtige Werkzeugwechseln und Positionierverfahren 341 beendet ist.

Fig. 17 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben des folgen­ den Z-Achsenpositionierungs- und Spindelrotationsverfahrens 342. Wenn das Verfahren 342 gestartet wird, wird der Z-Ach­ senvorschubbefehlswert ZCMD V 158 gemäß der Instruktion in dem Verarbeitungsprogramm 223 in Schritt 601 gesetzt. Danach wird im Schritt 602 der Spindelrotationsbefehlswert SPCMD V 155 gesetzt. Weiterhin wird im Schritt 603 die Spindelbe­ triebsmarke SPCMD F 155 auf "1" gesetzt, so daß die Rotation der Spindel im Uhrzeigersinn befohlen wird. Damit ist das vorbereitende Verfahren beendet. Als nächstes wird im Schritt 604 die Ausführungsstartmarke START F 151 auf "1" gesetzt, so daß der Betriebsstart der Slave-CPU 112 mitgeteilt wird. Dann wird im Schritt 605 bestimmt, ob die Ausführungsendmarke END F 152 auf "1" gesetzt ist. Wenn die Marke END F 152 auf "1" gesetzt ist, geht das Verfahren zu Schritt 606, wodurch das Z-Achsenpositionierungs- und Spindelrotationsverfahren 342 beendet ist.

Als zehntes wird der Betrieb beschrieben. Fig. 18 zeigt ein Zeitablaufdiagramm zum Beschreiben des Betriebes in jeder der Komponenten gemäß der Steuerung durch die oben beschriebene Steuereinrichtung. Wenn die automatische Werkzeugwechseltä­ tigkeit gestartet wird, wird der Z-Achsenmotor 22 so akti­ viert, daß das Z-Achsenmaschinenursprungsanfahren (701) be­ gonnen wird. Zu der gleichen Zeit wird der Spindelmotor 36 zeitweilig deaktiviert, so daß das Spindelorientieren (702) gestartet wird. Diese gleichzeitig ablaufenden Tätigkeiten werden durch die Verfahren 443 (401 bis 408) vorgesehen, die in Fig. 15 gezeigt sind. Danach werden das Bremsen (703) des Z-Achsenmotors (Bremsen des Vorschiebens des Spindelkopfes) unmittelbar vor der Ankunft des Spindelkopfes an dem Maschi­ nenvorsprung und das Beschleunigen (704) und darauffolgende Vorschieben (705) des Spindelkopfes in dem ATC-Bereich unter der Bedingung vorgesehen, daß die Spindelorientierung (702) beendet ist. Daher geht der Spindelkopf 24 durch den Maschi­ nenursprung Z0, ohne daß er dort zeitweilig anhält. Eine der­ artige Non-Stop-Bewegung des Spindelkopfes 24 ist vorgesehen, da die Schneidmodusflagge CUT F 153 auf "1" in Schritt 403 gesetzt ist.

Das heißt, die Routine oder das Verfahren geht von Schritt 407 zu Schritt 408, und das darauffolgende Werkzeugwechsel­ und Positionierungsverfahren 341 (511 bis 535) wird vor der Ankunft des Spindelkopfes 24 an den Maschinenursprung Z0 be­ gonnen. In dem Zeitablaufdiagramm von Fig. 18 ist der Beendi­ gungszeitpunkt der Spindelorientierung leicht verzögert. Da­ her ist der Beschleunigungszeitpunkt des Z-Achsenmotors 22 ebenfalls verzögert, dadurch wird eine Zeitdauer geringerer Geschwindigkeit 703A gegeben.

Wenn der Spindelkopf 24 die Magazinrotationsposition an der Position benachbart zu der obersten Position des Spindel­ kopfes 24 erreicht, wird der Magazinmotor 68 zum Betreiben des Magazines aktiviert (706). Gleichzeitig werden der X-Ach­ senmotor 125 und der Y-Achsenmotor 126 zum Ausführen des Po­ sitionierens des Tisches aktiviert (707). Die Tätigkeiten 706 und 707 werden durch das in den Schritten 521 bis 526 ge­ zeigte Verfahren ausgeführt.

Wenn der Magazinbetrieb 66 beendet ist, wird der Z-Achsenmo­ tor 22 wieder aktiviert, so daß der Spindelkopf 24 abwärts zu dem Maschinenursprung Z0 bewegt wird (708). In diesem Fall werden die Spindelkopfbremsung 709 in einer Phase unmittelbar vor der Ankunft des Spindelkopfes an dem Maschinenursprung und das darauffolgende Spindelkopfbeschleunigen 710 beide ohne Totzeit ausgeführt. Da in dem Schritt 532 die Schneidmo­ dusmarke CUT F 153 auf "1" gesetzt ist, geht das Verfahren von Schritt 534 zu Schritt 535 zum Starten des Z-Achsenposi­ tionierens und -Spindelrotationsverfahrens 342 (601 bis 606) unmittelbar bevor der Spindelkopf 24 den Maschinenursprung Z0 erreicht. Folglich geht der Spindelkopf 24 glatt und gleich­ mäßig von dem ATC-Bereich in den Bearbeitungsbereich, ohne daß ein zeitweiliger Halt oder Bremsen an dem Maschinenur­ sprung Z0 stattfindet. Als Resultat benötigt bei der vorlie­ genden Ausführungsform die Werkzeugwechseltätigkeit nur 4,0 Sekunden, was in starkem Kontrast zu der herkömmlichen Werk­ zeugwechseltätigkeit steht, die 5,4 Sekunden brauchte.

Weiterhin wird die Rotation des Spindelmotors 68 gleichzeitig gestartet (712) mit der Z-Achsenpositionierung 711 unter der Bedingung, daß das Erfassungssignal von dem Begrenzungsschal­ ter 112, das den Bereich des Spindelrotationsverbotes an­ zeigt, verschwindet. Dies geschieht wegen der Tatsache, daß in der Slave-CPU 112 ein Verriegelungsverfahren so erzielt wird, daß die Rotation 712 des Spindelmotors 36 unterbunden wird, bis das Signal von dem Begrenzungsschalter 102 ver­ schwindet, obwohl der Ausführungsstartbefehl von der Master- CPU 111 in dem Schritt 604 abgegeben ist, so daß die Ausfüh­ rungsstartmarke START F 151 auf "1" gesetzt ist.

Wegen des Einführens des Begrenzungsschalters 102 zum Erfas­ sen des Bereiches des Spindelrotationsverbotes können die Spindelrotationsbefehlsverfahren 602, 603, 604 ausgeführt werden, ohne Rücksicht auf die Position des Spindelkopfes 24 in der anfänglichen Phase seiner Bremsung 712. Das hat ein einfaches Verfahren in der Steuereinrichtung zur Folge.

In der vorliegenden Ausführungsform ist der Begrenzungsschal­ ter 102 auf der Säule 10 so vorgesehen, daß er als Sensor zum Erfassen des Bereiches des Spindelrotationsverbotes dient. Jedoch kann anstelle eines derartigen physischen Begrenzungs­ schalters 102 auch ein Software-Begrenzungsschalter vorgese­ hen sein. In dem letzteren Fall kann der Bereich des Spindel­ rotationsverbotes durch die Tätigkeit der Slave-CPU 112 er­ faßt werden, indem die jeweilige Z-Achsenposition ZXPOS V 167 benutzt wird, die in dem M/S-RAM 121 gespeichert ist.

Zum Schluß werden noch einige Einzelheiten erläutert. Bei der oben dargestellten Ausführungsform ist der Nockenmechanismus vorgesehen, der das zusammengesetzte Nockenteil 86 und den ersten und zweiten Nockenfolger bzw. Stößel 94 und 96 ent­ hält, diese wirken zusammen mit dem zusammengesetzten Nocken­ teil 86. Der Nockenmechanismus dient als Werkzeugübertra­ gungsvorrichtung zum Übertragen eines Werkzeuges zwischen der Spindel 40 und dem Greifabschnitt (Greifarm) 82, der zu einer vorbestimmten Drehposition des Werkzeugmagazins 66 gemäß der Bewegung des Spindelkopfes 24 innerhalb des ATC-Bereiches ge­ bracht ist.

In der obigen Ausführungsform führen die Master-CPU und die Slave-CPU das in den Schritten 401, 406, 531 und 533 gezeigte Verfahren durch den M/S-RAM 121 aus. Bei diesem Verfahren wird der Spindelkopf 24 von entweder dem Bearbeitungsbereich oder dem ATC-Bereich zu dem Maschinenursprung Z0 bewegt, der der Grenzpunkt zwischen dem Bearbeitungsbereich und dem ATC- Bereich ist. Daher dienen die Master-CPU und die Slave-CPU als "Maschinenursprungsanfahrvorrichtung" im Zusammenhang mit den Schritten 401, 406, 531 und 533. Weiterhin führen diese CPUs ebenfalls die Schritte 511, 512, 601 und 604 zum Vor­ schieben des Spindelkopfes 24 von dem Maschinenursprung zu entweder dem ATC-Bereich oder zu dem Bearbeitungsbereich aus. In diesem Zusammenhang dienen sie als "Vorschubvorrichtung" zum Vorschieben des Spindelkopfes 24 von dem Maschinenur­ sprung zu entweder dem ATC- oder Bearbeitungsbereich.

Weiterhin führt diese Master-CPU und die Slave-CPU den Schritt 403 aus, bei dem die Schneidmodusmarke CUT F 153 auf "1" gesetzt wird. In diesem Zusammenhang dienen diese CPUs als "Parallelausführeinrichtung". Das heißt, wenn die zusam­ mengesetzten Befehle 221 und 222 für den Werkzeugwechsel pro­ grammiert sind, werden das Abbremsen 703 (Fig. 18) bei einer Phase unmittelbar vor der Ankunft des Spindelkopfes an den Maschinenursprung Z0 mittels der "Maschinenursprungsanfahrvorrichtung" und das darauffolgende Beschleunigen 704 bei einer Phase unmittelbar nach dem Start des Ausführens mittels der "Vorschubvorrichtung" gleichzeitig bzw. zusammen miteinander ausgeführt.

Weiterhin führen diese Master-CPU und die Slave-CPU den Schritt 407, in dem bestimmt wird, ob die Spindelorientierung in dem Schritt 405 gesetzt ist oder nicht gesetzt und ob das Maschinenursprungsanfahren beendet ist, aus. Wenn die Spindel 40 nicht an der vorbestimmten Winkelrotationsposition durch die "Spindelorientierungsvorrichtung 405" angehalten ist, verhindert der Schritt 407 die Tätigkeit der "Parallelausführeinrichtung". Daher dienen in Zusammenhang mit Schritt 407 diese CPUs als "Verhinderungseinrichtung" zum Verhindern des Ausführens der Tätigkeit der Parallelausfüh­ rungseinrichtung.

Weiterhin wird in Schritt 532 die Schneidmodusmarke CUT F 153 auf "1" gesetzt. Folglich werden die Bremsung 709 des Spin­ delkopfes bei der Phase unmittelbar vor der Ankunft des Spin­ delkopfes an dem Maschinenursprung Z0 während der Tätigkeit der "Maschinenursprungsanfahreinrichtung" 708 von dem ATC-Be­ reich als Reaktion auf das Beendigungssignal 526 von der "Rotationsausführeinrichtung" 706 und das Beschleunigen 710 bei einer Phase unmittelbar nach dem Start der Tätigkeit der "Vorschubvorrichtung" 711 für die nächste Bearbeitungstätig­ keit gemeinsam bzw. gleichzeitig ausgeführt. Somit dienen in Zusammenhang mit Schritt 532 die CPUs als "Parallelausführeinrichtung" in Verbindung mit der Bewegung des Spindelkopfes von dem ATC-Bereich zu dem Überarbeitungs­ bereich.

Weiterhin ist während der Schritte 602 bis 604 die Ausfüh­ rungsstartmarke START F nach dem Z-Achsenvorschubbefehlswert ZCMD V 151 auf "1" gesetzt und der Spindelrotationsbefehls­ wert SPCMD V 160 wird ebenfalls gesetzt. Folglich dienen die dieses Verfahren ausführenden CPUs in Zusammenhang mit den Schritten 602 und 603 als "Maschinenstartbefehlseinrichtung", die anfänglich die Rotation 712 der Spindel überträgt, so daß der Start des Bearbeitens gleichzeitig mit dem Start der Tä­ tigkeit der "Vorschubvorrichtung" ausgeführt werden kann.

Weiterhin dient die Slave-CPU als "Ausführverhinderungseinrichtung". Das heißt, die Slave-CPU 112 führt das Sperrverfahren auf solche Weise durch, daß die Slave-CPU 112 die Rotation des Spindelmotors 36 verhindert, bis ein Signal von dem Begrenzungsschalter 102 verhindert, obwohl von der Master-CPU 111 der Ausführungsstartbefehl START F ausgegeben ist. Mit anderen Worten, die "Ausführverhinderungseinrichtung" verbietet die Tätigkeit der "Maschinenstartbefehlseinrichtung", solange die "Rotationsverhinderungsbereichserfassungsvorrichtung" 102 das Erfassungssignal abgibt.

Claims (5)

1. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung in einer Werkzeug­ maschine mit:
einem Rahmen (12);
einem an dem Rahmen (12) vorgesehenen und zwischen einem Be­ arbeitungsbereich und einem Bereich für den automatischen Werkzeugwechsel bewegbaren Spindelkopf (24);
einer an dem Spindelkopf (24) getragenen und um eine Rotati­ onsachse, die sich in einer Richtung parallel zu der Hin- und Herbewegung des Spindelkopfes (24) erstreckt, drehbaren Spin­ del (40) ;
einen drehbar an dem Rahmen (12) getragenen und eine Mehrzahl von Greifabschnitten (82) zum Halten eines Werkzeuges (50) aufweisenden Werkzeugmagazin (66), wobei die Greifabschnitte (82) auf Kreisumfangsorten in bezug auf eine Rotationsachse des Werkzeugmagazines (66) angeordnet sind;
einer Rotationsschaltvorrichtung (68, 78, 80, 72, 74, 75) zum Drehen des Werkzeugmagazins (66) um seine Rotationsachse und Positionieren eines der Greifabschnitte (82), der ein Werk­ zeug (50) hält, an eine vorbestimmte Werkzeugschaltposition;
einem Werkzeugübertragungsmechanismus zum Ermöglichen, daß der Greifabschnitt (82) zu der vorbestimmten Werkzeugschalt­ position gebracht wird zum Durchführen einer Werkzeugübertra­ gungstätigkeit relativ zu der Spindel (40) gemäß der Bewegung des Spindelkopfes (24) innerhalb des Bereiches für den auto­ matischen Werkzeugwechsel;
einer Orientierungsvorrichtung zum Anhalten der Rotation der Spindel (40) und Positionieren der Spindel (40) an einer vor­ bestimmten Winkelposition;
einer Maschinenursprungsanfahreinrichtung zum Bewegen des Spindelkopfes (24), der in dem Bearbeitungsbereich oder in dem Bereich für den automatischen Werkzeugwechsel positio­ niert ist, zu einem an der Grenze zwischen dem Bearbeitungs­ bereich und dem Bereich für den automatischen Werkzeugwechsel liegenden Maschinenursprung/-Nullpunkt (Z0) und
einer Vorschubvorrichtung zum Vorschieben des Spindelkopfes (24) zu dem Bereich für den automatischen Werkzeugwechsel bzw. den Bearbeitungsbereich;
gekennzeichnet durch
eine Parallelausführeinrichtung (111, 112) zum Ausführen der Bremssteuerung während der Bewegung des Spindelkopfes (24) zu dem Maschinenursprung (Z0) hin und zum Ausführen der Be­ schleunigungssteuerung während der nachfolgenden Bewegung des Spindelkopfes (24) von dem Maschinenursprung (Z0) weg durch die Vorschubvorrichtung in einem einander überlappenden Ver­ hältnis.

2. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelausführeinrichtung (110, 111) das Bremsen des Spindelkopfes (24) durch die Tä­ tigkeit der Maschinenursprungsanfahreinrichtung bei einer Phase direkt vor der Ankunft des Spindelkopfes (24) an dem Maschinenursprung (Z0) steuert und das Beschleunigen des Spindelkopfes (24) durch die Tätigkeit der Vorschubvorrich­ tung bei einer Phase unmittelbar nach dem Verlassen des Ma­ schinenursprunges (Z0) durch den Spindelkopf (24) steuert.

3. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verhinderungseinrichtung zum Ver­ hindern der Tätigkeit der Parallelausführeinrichtung (111, 112), wenn die Spindelorientierung und das Anfahren des Ma­ schinenursprunges noch nicht beendet sind.

4. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelausführeinrichtung als Reaktion auf ein Beendigungssignal von der Rotations­ schaltvorrichtung das Bremsen des Spindelkopfes (24) durch Betätigen der Maschinenursprungsanfahreinrichtung bei einer Phase unmittelbar vor der Ankunft des Spindelkopfes (24) an dem Maschinenursprung (Z0) und die Beschleunigung des Spin­ delkopfes (24) durch Betätigen der Vorschubvorrichtung bei einer Phase unmittelbar nach dem Verlassen des Maschinenur­ sprunges (Z0) durch den Spindelkopf (24) steuert.

5. Automatische Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch:
eine Erfassungsvorrichtung (102) zum Erfassen eines Berei­ ches, in dem die Rotation der Spindel (40) innerhalb eines speziellen Bereiches des automatischen Werkzeugwechsels ver­ boten ist;
eine Maschinenstartbefehlseinrichtung zum zuvorigen Ausüben der Rotation der Spindel (40) gleichzeitig mit dem Start der Tätigkeit der Vorschubvorrichtung und
eine Ausführverhinderungseinrichtung (112) zum Verhindern der Tätigkeit der Maschinenstartbefehlseinrichtung, solange die Erfassungseinrichtung (102) den Bereich des Verbotes der Spindelrotation nachweist.