DE4112706A1 - Vorrichtung und verfahren zum wechseln von werkzeugen - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zum wechseln von werkzeugenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich
tung und ein Verfahren zum Austauschen eines Werkzeugs
zwischen einer Werkzeughalterung und einer Spindel, wobei
die Vorrichtung bzw. das Verfahren dazu ausgelegt ist, die
Spindel der Werkzeughalterung zu nähern bzw. sie von die
ser zu entfernen, und wobei die Werkzeughalterung mehrere
Werkzeughaltebauteile hat, die in vorbestimmten Abständen
angebracht sind. Insbesondere bezieht sich die vorliegen
de Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Auswechseln eines Werkzeugs zur Verwendung in einer Bohr
maschine, um ein Loch in eine gedruckte Leiterplatte zu
bohren.
Eine bekannte Bohrmaschine zum Bohren eines Lochs in eine
gedruckte Leiterplatte ist aus der japanischen, nicht ge
prüften Patentveröffentlichung No. 62-94 210 bekannt. Die
dort offenbarte Bohrmaschine ist so ausgelegt, daß eine
Werkzeughalterung, wie sie im japanischen Gebrauchsmuster
No. 62-2 01 638 offenbart ist und die mehrere Bohrer hält,
an einem Bohrmaschinentisch befestigt ist, auf dem sich
eine gedruckte Leiterplatte befindet, so daß die gewünsch
ten Löcher während des Werkzeugwechsels gebohrt werden.
Die oben beschriebene vorbekannte Werkzeughalterung hat
den Vorteil, daß eine Vielfalt von Werkzeugen gehaltert
werden kann. Das Werkzeug kann jedoch nicht direkt zwi
schen der Werkzeughalterung und der Spindel ausgetauscht
werden, da der Abstand zwischen den gehalterten Werkzeugen
sehr klein gemacht wurde.
Die Anordnung wurde deshalb derartig ausgelegt, daß eine
Übergabestation für die Werkzeughalterung vorgesehen ist,
so daß ein in der Werkzeughalterung gehaltertes Werkzeug
zeitweise durch die Übergabestation gehaltert wird und
dann von der Übergabestation an die Spindel weitergereicht
wird. Außerdem wird kurzzeitig der sich an der Spindel be
findende Bohrer an die Übergabestation übergeben, bevor er
von dieser zur Werkzeughalterung bewegt wird.
Bei derartigen Werkzeughalterungen ergibt sich aber der
Nachteil, daß aufgrund der Übergabestation zum Abgeben und
Annehmen von Werkzeugen lange Werkzeugwechselzeiten auf
treten, was insgesamt die Arbeitseffektivität verringert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum direkten Werkzeugwechsel zwischen einer
Werkzeughalterung und einer Spindel anzugeben.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst, Unteransprüche
sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Er
findung gerichtet.
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine
Werkzeugwechselvorrichtung zum Auswechseln von Werkzeugen
zwischen einer Werkzeughalterung mit mehreren Werkzeug
haltebauteilen, die in vorbestimmten Abständen angebracht
sind, und einer Spindel, die auf die Werkzeughalterung zu
und von dieser weg bewegt werden kann, vorgesehen. Jedes
der Werkzeughaltebauteile ist so gelagert, daß es in axia
ler Richtung bewegt werden kann. Außerdem ist eine An
triebsvorrichtung vorgesehen, mit der jedes der Werkzeug
haltebauteile in seiner axialen Richtung bewegt werden
kann.
Gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist
ein Verfahren zum Wechseln von Werkzeugen zwischen einer
Werkzeughalterung mit mehreren Werkzeughaltebauteilen, die
in vorbestimmten Abständen angebracht sind, und einer
Spindel angegeben, wobei die Spindel von der Werkzeughal
terung weg und auf diese zu bewegt werden kann. Das Ver
fahren weist die folgenden Schritte auf:
Lagern eines jeden Werkzeughaltebauteils so, daß es in seiner axialen Richtung bewegt werden kann;
Positionieren der Spindel über einem gewünschten Werkzeug haltebauteil;
Anlegen einer aufwärts gerichteten Kraft an alle Werkzeug haltebauteile, um sie aufwärts zu bewegen; und
Abwärtsbewegen der Spindel, um das gewünschte Werkzeughal tebauteil gegen die auf es wirkende aufwärts gerichtete Kraft abwärts zu bewegen, wobei ein Werkzeug zwischen der Spindel und dem gewünschten Werkzeughaltebauteil übergeben wird.
Lagern eines jeden Werkzeughaltebauteils so, daß es in seiner axialen Richtung bewegt werden kann;
Positionieren der Spindel über einem gewünschten Werkzeug haltebauteil;
Anlegen einer aufwärts gerichteten Kraft an alle Werkzeug haltebauteile, um sie aufwärts zu bewegen; und
Abwärtsbewegen der Spindel, um das gewünschte Werkzeughal tebauteil gegen die auf es wirkende aufwärts gerichtete Kraft abwärts zu bewegen, wobei ein Werkzeug zwischen der Spindel und dem gewünschten Werkzeughaltebauteil übergeben wird.
Erfindungsgemäß können somit Werkzeuge, die unter geringen
Abständen in der Werkzeughalterung vorhanden sind, direkt
von der Werkzeughalterung an die Spindel übergeben werden.
Der Zwischenschritt mittels einer Übergabestation kann so
mit vermieden werden, so daß die für den Werkzeugwechsel
benötigte Zeit nennenswert verkürzt werden kann. Dadurch
ergibt sich eine Verbesserung der Arbeitseffektivität.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen werden einzelne Ausfüh
rungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung
für den Werkzeugwechsel;
Fig. 2 die perspektivische Ansicht einer Maschine, die
mit einer erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung für
Werkzeuge ausgerüstet ist;
Fig. 3 und 4 sind eine vergrößerte, teilweise geschnit
tene Seitenansicht und eine teilweise geschnitte
ne Vorderansicht der Antriebseinrichtung aus Fig.
1;
Fig. 5 ein Beispiel eines Druck-Fluid-Kreislaufes zur
Verwendung in einer Fluidversorgungseinrichtung,
Fig. 6A bis 6E die aufeinanderfolgenden Schritte beim
Wechseln von Werkzeugen;
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine andere erfindungsgemäße
Ausführungsform der Werkzeugwechseleinrichtung;
Fig. 8 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der in
Fig. 7 dargestellten Werkzeugwechselvorrichtung;
und
Fig. 9 die Tätigkeit beim Abschicken/Entgegennehmen eines
Werkzeugs, wie sie durch die Werkzeugwechselvor
richtung aus Fig. 8 durchgeführt wird.
In Fig. 2 bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Bett einer Bohr
maschine, die in der Lage ist, in gedruckte Leiterplatten
Löcher zu bohren. Bezugsziffer 2 bezeichnet Führungen, die
am Bett befestigt sind. Bezugszeichen 3 bezeichnet einen
Tisch, der durch die Führungen 2 derart beweglich gelagert
wird, daß der Tisch 3 in eine Richtung längs des Pfeiles X
durch ein Schraubengetriebe (nicht dargestellt) bewegt
werden kann. Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Ständer, der
mit dem Bett 1 derartig verbunden ist, daß der Ständer 4
den Tisch 3 überspannt. Bezugsziffer 5 bezeichnet Führun
gen, die an der vorderen Oberfläche des Ständers 4 befe
stigt sind. Bezugsziffer 6 bezeichnet einen Schlitten, der
durch die Führungen 5 beweglich gelagert wird. Bezugszif
fer 7 bezeichnet einen durch den Ständer 4 gehaltenen Mo
tor. Bezugsziffer 8 bezeichnet eine Antriebsschnecke, die
mit dem Motor 7 verbunden ist, durch den Ständer 4 dreh
bar gelagert wird und die funktionell mit einer im Schlit
ten 6 ausgebildeten Mutter (nicht dargestellt) in Eingriff
steht. Somit kann der Schlitten 6 in Richtung des Pfeils Y
bewegt werden, wenn sich der Motor 7 dreht. Bezugsziffer 9
bezeichnet einen Sattel, der am Schlitten 6 beweglich ge
lagert wird, so daß er in Richtung des Pfeiles Z mittels
eines Schraubengetriebes, das durch einen Motor 10 ange
trieben wird, bewegt werden kann. Bezugsziffer 11 bezeich
net Spindeln, die durch den Sattel 9 gelagert werden, wo
bei jede Spindel 11 einen Rotor 12 und ein Bohrfutter 13,
wie in Fig. 1 dargestellt, hat, so daß jedes der Werkzeuge
14, die an sich einen Positionierungsring 15 aufweisen,
durch das Bohrfutter 13 gehalten wird.
Bezugsziffer 16 bezeichnet mehrere gedruckte Leiterplat
ten, die in vorbestimmten Positionen auf dem Tisch 3 be
festigt sind.
Bezugsziffer 20 bezeichnet mehrere, am Tisch 3 mittels
Klammern 19 befestigte Werkzeugwechselvorrichtungen. Wie
in Fig. 1 dargestellt, besteht jede Werkzeugwechselvor
richtung 20 aus einer Werkzeughaltevorrichtung 21 und
einer Antriebsvorrichtung 31, wobei die Werkzeugwechsel
vorrichtungen 20 in vorbestimmten Abständen so angeordnet
sind, daß sie sich gegenüberstehen.
Bezugsziffer 22 bezeichnet eine Kassette mit mehreren, ma
trixartig unter vorbestimmten Abständen angeordneten Lö
chern. Bezugsziffer 23 bezeichnet mehrere Werkzeugpfosten,
die die Werkzeughaltebauteile bilden und die axial ver
schiebbar durch die Kassette 22 gelagert sind. Jeder Werk
zeugpfosten 23 hat in seinem oberen Bereich ein Loch, um
einen Ring 15 eines Werkzeugs 14 zu halten und um den End
bereich des Werkzeugs 24 aufzunehmen, außerdem weist er
einen an seiner Außenseite angebrachten Anschlag 24 auf.
Bezugsziffer 25 bezeichnet einen am unteren Endbereich des
Werkzeugpfostens 23 angebrachten Ring. Bezugsziffer 26 be
zeichnet eine um den Pfosten 23 herumliegende und sich
zwischen Kassette 22 und Ring 25 erstreckende Schraubenfe
der.
Bezugsziffer 32 bezeichnet einen Zylinderkörper, innerhalb
dessen mehrere Zylinder 33 ausgebildet sind, die unter
denselben Abständen wie die der Löcher in der Kassette 22
angeordnet sind. Der Zylinderkörper 32 weist mehrere
Fluidleitungen 34 auf, die mit den unteren Enden derjeni
gen Zylinder verbunden sind, die in den entsprechenden
Spalten der oben erwähnten Matrix angeordnet sind. Bezugs
ziffer 35 bezeichnet einen Deckel, der Löcher hat, die mit
dem Zylinder 33 verbunden sind, wobei der Deckel 35 am Zy
linderkörper 32 befestigt ist. Der Deckel 35 weist außer
dem mehrere Fluidleitungen 36 auf, die mit den oberen End
bereichen jeweils derjenigen Zylinder 33 verbunden sind,
die in einer Zeile der oben beschriebenen Matrix angeord
net sind. Bezugsziffer 37 bezeichnet einen Kolben, der
beweglich in jedem der Zylinder 33 eingepaßt ist.
Bezugnehmend auf Fig. 5 erkennt man, daß die oben be
schriebenen Fluidleitungen 34 und 36 mit einer Druckluft
quelle 60 über Druckregulatoren X und Y sowie über Magnet
ventile X1 bis X5 und Y1 bis Y9 verbunden sind. Bezugszif
fer 40 bezeichnet eine Steuerungseinheit, um die Fluidlei
tungen mittels der Magnetventile X1 bis X5 und Y1 bis Y9
umzuschalten.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der bisher beschriebe
nen Werkzeugwechselvorrichtung erläutert.
Wenn die Magnetventile X1 bis X5 betätigt werden, ist die
Fluidleitung 34 mit der Atmosphäre verbunden. Wenn die
Magnetventile Y1 bis Y9 betätigt werden, wird den Fluid
leitungen 36 Druckluft zugeführt. Somit werden die Kolben
37 jeweils herabgedrückt, so daß jeder der Werkzeugpfosten
23 durch die Wirkung der Feder 26 in eine Warteposition
herabgedrückt wird, bei der der Anschlag 24 an der Kasset
te 22 anliegt.
In diesem Zustand wird die Spindel 11, die ein Werkzeug 14
hält und die eine gewünschte Tätigkeit soeben beendet hat,
mittels einer Relativbewegung zwischen Tisch 3 und Schlit
ten 6 in eine Position bewegt, bei der die Spindel axial
mit dem entsprechenden Werkzeugpfosten 23 wie in Fig. 6A
dargestellt ausgerichtet ist. Die Spindel 11 wird dadurch
in eine Werkzeugwechselposition gebracht, wie in Fig. 6B
dargestellt.
Nimmt man nun an, daß sich der fragliche Werkzeugpfosten
23 an der Position X1-Y9 befindet, wie in Fig. 5 darge
stellt, wird das Magnetventil Y9 auf einen von der Steue
rungseinheit 40 ausgegebenen Befehl hin betätigt, so daß
die mit dem Magnetventil Y9 verbundene Fluidleitung 36 mit
der Atmosphäre verbunden wird. Gleichzeitig wird das Ma
gnetventil X1 betätigt, so daß der mit diesem verbundenen
Fluidleitung 34 Druckluft zugeführt wird.
Demzufolge wird nun all den Zylindern 33 Druckluft zuge
führt, die mit einer Druckluft führenden Fluidleitung 34
verbunden sind. Da aber die mit den Magnetventilen Y1 bis
Y8 verbundenen Zylinder 33 über Fluidleitungen 36 mit
Druckluft versorgt werden, werden deren Kolben 37 nicht
bewegt. Da aber, andererseits die mit dem Magnetventil Y9
verbundene Fluidleitung 36 mit der Atmosphäre in Verbin
dung steht, wird der Kolben 37 des mit dem Magnetventil Y9
in Verbindung stehenden Zylinders 33 durch die Druckluft,
die durch die Fluidleitung 34 zugeführt wird, aufwärts
bewegt. Somit wird der Werkzeugpfosten 23 nach oben ge
schoben, wie in Fig. 6B dargestellt. Der Werkzeugpfosten
23 hält dann den Ring 15 des von der Spindel 11 gehaltenen
Werkzeugs 14, das an der Werkzeugwechselposition wartet.
Daraufhin wird das Bohrfutter 13 der Spindel 11 geöffnet,
so daß das Werkzeug 14 freigegeben und an den Werkzeugpfo
sten 23 übergeben wird.
Wenn das Werkzeug 14 von der Spindel 11 an den Werkzeug
pfosten 23 wie oben beschrieben übergeben wurde, wird die
Spindel 11 wie in Fig. 6C dargestellt nach oben bewegt.
Gleichzeitig werden die Magnetventile X1 und Y9 betätigt,
so daß die Fluidleitung 34 mit der Atmosphäre verbunden
ist und Druckluft der Fluidleitung 36 zugeführt wird. So
mit wird der Kolben 37 durch die Druckluft in eine Warte
position herabgedrückt. Daraufhin wird der das Werkzeug 14
haltende Werkzeugpfosten 23 aufgrund der treibenden Kraft
der Feder 26 in die Warteposition herabgedrückt wie in
Fig. 6C dargestellt.
In diesem Zustand wird der Tisch 3 und der Schlitten 6 so
bewegt, daß die Spindel 11 zu einer Position über einem
als nächstes zu benutzendem Werkzeug 14a bewegt wird, wie
in Fig. 6D dargestellt. Somit wird die Spindel 11 in eine
Werkzeugwechselposition bewegt, wie in Fig. 6E darge
stellt.
Wenn sich nun der in Fig. 6D und 6E dargestellte Werk
zeugpfosten 23 an der in der Fig. 5 dargestellten Position
X3-Y5 befindet, wird das Magnetventil Y5 betätigt, so daß
die mit diesem in Verbindung stehende Fluidleitung 36 mit
der Atmosphäre verbunden wird. Gleichzeitig wird das Ma
gnetventil X3 betätigt, so daß die mit diesem in Verbin
dung stehende Fluidleitung 34 mit Druckluft versorgt wird.
Somit wird nun allen mit der Druckluft führenden Fluidlei
tung 34 verbundenen Zylindern 33 Druckluft zugeführt. Da
aber auch denjenigen Zylindern 33, die mit den Magnetven
tilen Y1 bis Y4 und Y6 bis Y9 verbunden sind, Druckluft
zugeführt wird, werden die mit diesen Ventilen verbundenen
Kolben nicht bewegt. Da aber andererseits die mit dem Ven
til Y5 verbundene Fluidleitung 36 mit der Atmosphäre ver
bunden ist, wird der Kolben 37 des mit dem Ventil Y5 ver
bundenen Zylinders 33 durch die über die Fluidleitung 34
zugeführte Druckluft nach oben bewegt. Der Werkzeugpfosten
23 wird also nach oben bewegt, wie in Fig. 6E dargestellt,
so daß der Schaftbereich des Werkzeugs 14a in das Bohrfut
ter 13 der in der Werkzeugwechselposition wartenden Spin
del 11 eingeführt wird. Die Spindel 11 verschließt dann
ihr Bohrfutter 13, um das Werkzeug 14a vom Werkzeugpfosten
23 zu übernehmen.
Nachdem somit das Werkzeug 14 vom Werkzeugpfosten 23 an
die Spindel 11 übergeben wurde, wird die Spindel 11 nach
oben in die selbe Höhe wie in Fig. 6A dargestellt bewegt.
Gleichzeitig werden die Magnetventile X3 und Y5 betätigt,
so daß die Fluidleitung 34 mit der Atmosphäre in Verbin
dung steht und der Fluidleitung 36 Druckluft zugeführt
wird. Durch die Druckluft wird somit der Kolben 37 in eine
Warteposition herabgedrückt, dadurch werden dann auch die
Werkzeugpfosten 23 durch die treibende Kraft der Federn 26
in die Warteposition herabgedrückt.
Danach werden Tisch 3 und Schlitten 6 so bewegt, daß das
Werkzeug 14a in eine Bearbeitungsposition gebracht wird,
so daß die Bearbeitung begonnen werden kann.
Somit erübrigt es sich bei dieser Ausführungsform, ein
Werkzeug an eine Übergabestation zu übergeben, wenn es
ausgewechselt werden soll, statt dessen kann es direkt an
einen Werkzeugpfosten zurückgegeben werden und ein ande
res Werkzeug von einem anderen Werkzeugpfosten her ange
nommen werden. Die für den Werkzeugwechsel benötigte Zeit
kann dadurch merklich verkürzt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform kann der Druck
der Druckluft, die den Zylindern 33 zugeführt wird, um
deren Kolben 37 nach oben zu bewegen, denselben Druck ha
ben wie der Druck, um den Kolben 37s abwärts zu bewegen.
Außerdem können die Zylinder 33 unabhängig voneinander an
geordnet sein und individuell bedient werden.
Es wird nun eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform
beschrieben.
In dieser Ausführungsform sind die im Druckfluidkreislauf
enthaltenen Regulatoren X und Y, wie sie in Fig. 5 darge
stellt sind, so eingestellt, daß der Druck am Ausgang des
Regulators Y größer als der des Regulators X ist.
Werden die Magnetventile X1 bis X5 und Y1 bis Y9 betätigt,
werden die Fluidleitungen 34 und 36 mit Druckluft ver
sorgt. Aufgrund der Druckdifferenz der zugeführten Druck
luft wird jeder Kolben 37 herabgedrückt, und durch die
Federn wird ebenso jeder Werkzeugpfosten 23 in eine War
teposition herabgedrückt, bei der der Anschlag 24 an der
Kassette 22 anliegt.
In diesem Zustand wird die Spindel 11, die das Werkzeug 14
hält und die soeben eine bestimmte Arbeit beendet hat,
mittels der Relativbewegung zwischen Tisch 3 und Schlitten
6 in eine Position bewegt, bei der die Spindel 11 axial
mit dem entsprechenden Werkzeugpfosten 23 ausgerichtet ist
wie in Fig. 6A dargestellt. Die Spindel 11 befindet sich
dadurch in der Werkzeugwechselposition wie in Fig. 6B dar
gestellt.
Nimmt man nun an, daß der in Fig. 6A dargestellte Werk
zeugpfosten sich an der Position X1-Y9 wie in Fig. 5 dar
gestellt befindet, werden die Magnetventile X2 bis X5 und
Y9 auf von der Steuerungseinheit 40 ausgegebene Befehle
hin so betätigt, daß die mit den Magnetventilen X2 bis X5
in Verbindung stehenden Fluidleitungen 34 und die mit dem
Ventil Y9 verbundene Fluidleitung 36 mit der Atmosphäre
verbunden werden.
Somit fällt die herabdrückende Kraft weg, die dem mit dem
Magnetventil Y9 verbundenen Zylinder 33 zugeführt wurde.
Genauso fallen aber die Kräfte weg, die die Kolben in den
mit den Magnetventilen X2 bis X5 in Verbindung stehenden
Zylindern heben könnten, so daß die Kolben der Zylinder an
den Positionen X2-Y9, X3-Y9, X4-Y9 und X5-Y9 nicht bewegt
werden.
Da aber andererseits über die Fluidleitung 34 dem Zylinder
33, der mit den Magnetventilen X1 und Y9 in Verbindung
steht und der sich an der Position X1-Y9 befindet, Druck
luft zugeführt wird, während die mit diesem Zylinder ver
bundene Fluidleitung 36 mit der Atmosphäre verbunden ist,
wird der Kolben 37 dieses Zylinders nach oben in die in
Fig. 6B dargestellte Position bewegt, so daß auch der
Werkzeugpfosten nach oben bewegt wird. Der Werkzeugpfosten
23 hält dann den Ring 15 des Werkzeugs 14, das von der in
der Werkzeugwechselposition wartenden Spindel (Fig. 6B)
gehalten wird. Die Spindel 11 öffnet danach ihr Bohrfutter
13, um das Werkzeug 14 freizugeben, dadurch wird das
Werkzeug 14 an den Werkzeugpfosten 23 übergeben.
Nachdem das Werkzeug 14 von der Spindel 11 an den Werk
zeugpfosten 23 wie oben beschrieben übergeben wurde, wird
die Spindel 11 wie in Fig. 6C dargestellt nach oben be
wegt. Gleichzeitig werden die Magnetventile X2 bis X5 und
Y9 betätigt, so daß Druckluft den mit diesen Ventilen ver
bundenen Fluidleitungen 34 und 36 zugeführt wird. Dadurch
wird der Kolben 37 des Zylinders 33, der sich an der Po
sition X1-Y9 befindet aufgrund der Druckdifferenz der
Druckluft in die Warteposition herabgedrückt. Zu diesem
Zeitpunkt wird das Magnetventil X1 zeitweilig betätigt, so
daß die Fluidleitung 34 mit der Atmosphäre verbunden wird
und sich die Geschwindigkeit, mit der der Kolben 37 nach
unten bewegt wird, erhöht. Durch die treibende Kraft der
Feder 26 wird somit der Werkzeugpfosten 23, der das Werk
zeug 14 hält, in die in Fig. 6C dargestellte Warteposi
tion herabgedrückt.
Wie in Fig. 6D dargestellt wird nun der Tisch 3 und der
Schlitten 6 so bewegt, daß sich die Spindel 11 in einer
Position über einem als nächstes zu verwendenden Werkzeug
14a befindet. Dadurch befindet sich die Spindel 11 in der
in Fig. 6E gezeigten Werkzeugwechselposition.
Wenn sich der in den Fig. 6D und 6E dargestellte Werk
zeugpfosten 23 an der Position X3-Y5 wie in Fig. 5 dar
gestellt befindet, werden die Magnetventile X1, X2, X4, X5
und Y5 auf von der Steuerungseinheit 40 ausgegebene Be
fehle hin betätigt. Dadurch stehen die mit den Magnetven
tilen X1, X2, X4 und X5 verbundenen Fluidleitungen sowie
die mit dem Magnetventil Y5 verbundene Fluidleitung 36 mit
der Atmosphäre in Verbindung.
Die herabdrückende Kraft, die in dem mit dem Magnetventil
Y5 verbundenen Zylinder 33 wirkt, fällt somit weg. Da aber
die anhebenden Kräfte, die in den mit den Magnetventilen
X1, X2, X4 und X5 verbundenen Zylindern 33 wirken, ebenso
wegfallen, werden die Kolben 37 jeder derjenigen Zylinder,
die sich an den Positionen X3-Y1, X3-Y2, X3-Y4 und X3-Y5
befinden, nicht bewegt. Andererseits wird der Kolben 37
des Zylinders 33, der sich an der Position X3-Y5 befindet
und der mit den Magnetventilen X3 und Y5 in Verbindung
steht, nach oben bewegt, da die Fluidleitung 36 mit der
Atmosphäre in Verbindung steht und Druckluft über die
Fluidleitung 34 dem Zylinder 33 zugeführt wird. Dadurch
bewegt sich der Werkzeugpfosten 23 nach oben. Der Schaft
bereich des Werkzeugs 14 wird somit in das Bohrfutter 13
der Spindel 11 eingeführt, die in der Werkzeugwechselposi
tion wartet. Die Spindel 11 schließt dann ihr Bohrfutter
13, um das Werkzeug 14a zu erfassen und vom Werkzeugpfo
sten 23 her zu übernehmen.
Nachdem somit das Werkzeug 14a vom Werkzeugpfosten 23 an
die Spindel 11 übergeben wurde, wird die Spindel 11 nach
oben auf dieselbe Höhe wie in Fig. 6A gezeigt bewegt.
Gleichzeitig werden die Magnetventile X1, X2, X4, X5 und
Y5 betätigt, so daß Druckluft den mit diesen Ventilen
verbundenen Fluidleitungen 34 und 36 zugeführt wird. Auf
grund der Druckdifferenz der Druckluft wird somit der
Kolben 37 herabgedrückt. Aufgrund der treibenden Kraft der
Feder 26 werden dann auch alle Werkzeugpfosten 23 in ihre
Warteposition herabgedrückt.
Danach werden Tisch 3 und Schlitten 6 so bewegt, daß das
Werkzeug 14a in eine Arbeitsposition bewegt wird, so daß
die Bearbeitung beginnen kann.
Es erübrigt sich somit, beim Werkzeugwechsel ein Werkzeug
an eine Übergabestation zu übergeben, statt dessen kann
das Werkzeug direkt an die Werkzeugpfosten zurückgegeben
werden und ein neues Werkzeug direkt von einem anderen
Werkzeugpfosten her aufgenommen werden. Die für einen
Werkzeugwechsel benötigte Zeit kann dadurch merklich ver
kürzt werden. Außerdem wird jedem der Zylinder 33 Druck
luft zugeführt, so daß die anhebende Kraft für alle Lei
tungen mit Ausnahme derjenigen Leitung (eine der Leitun
gen X1 bis X5), die den zu betätigenden Zylinder 33 ent
hält, wegfällt und so daß die herabdrückende Kraft, die an
derjenigen Leitung (eine der Leitungen Y1 bis Y9) wirkt,
die den zu betätigenden Zylinder 33 beinhaltet, ebenfalls
wegfällt. Dadurch kann der Zeitraum, der zur Betätigung
des Zylinders 33 benötigt wird, verkürzt werden, selbst
dann, wenn jede der Fluidleitungen 34 und 36 vergleichs
weise lang ist.
In den obigen Ausführungsformen wird ein Werkzeug von der
Spindel an einen Werkzeugpfosten übergeben. Es ergeben
sich somit zwei Auf- und Abwärtsbewegungen der Werkzeug
pfosten, einmal wird der Werkzeugpfosten nach oben bewegt,
um ein zurückzugebendes Werkzeug von der Spindel her zu
übernehmen, danach wird der Werkzeugpfosten abwärts be
wegt, danach wird ein anderer Werkzeugpfosten, der ein
anderes Werkzeug hält, nach oben bewegt, um dieses an die
Spindel zu übergeben, danach wird auch dieser wieder ab
wärts bewegt.
Die sich somit ergebende Werkzeugwechselzeit kann weiter
verkürzt werden.
Da außerdem für jeden Werkzeugpfosten ein eigener Zylinder
vorgesehen ist und die so vorgesehenen Zylinder einzeln
betätigt werden, hat die Zylinderantriebsvorrichtung einen
komplizierten Aufbau und ist somit vergleichsweise groß
und teuer.
Demzufolge wird eine andere Ausführungsform angegeben, bei
der die Werkzeugwechselzeit weiter verkürzt ist, die einen
einfacheren Aufbau hat und somit billiger ist.
Fig. 7 bis 9 stellen eine weitere erfindungsgemäße Aus
führungsform der Werkzeugwechselvorrichtung dar. Bezugs
ziffer 41 bezeichnet eine Gruppe von Werkzeugsetzpfosten
mit mehreren Werkzeugsetzpfosten 43, die in vorbestimmten
Abständen angebracht sind, wobei die Werkzeugsetzpfosten
43 Werkzeuge 42 aufnehmen. Die Gruppe 41 der Werkzeugsetz
pfosten wird durch eine Pfostenhalterung 44 so gehaltert,
daß die Werkzeugsetzpfosten 43 vertikal in Richtung einer
Spindel 45 bewegt werden können.
Jeder Werkzeugsetzpfosten 43 hat eine zylindrische Form
mit einem Boden. Die Werkzeugsetzpfosten 43 sind oben
offen und haben eine Ringaufnahmenische 48, in die ein um
ein Werkzeug 42 herum angebrachter Positionierungsring 47
eingeführt werden kann. Die Werkzeugsetzpfosten 43 weisen
außerdem einen ringförmigen Flanschbereich 49 auf, der im
unteren Abschnitt der äußeren Umfangsfläche angebracht
ist, so daß der Flanschbereich 49 an der inneren Umfangs
fläche eines später zu beschreibenden, den Pfosten aufneh
menden Loches gleiten kann.
Die Pfostenhalterung 44 hat ein Pfostenlochbauteil 52, in
dem Pfostenlöcher 51 zur beweglichen Aufnahme der Werk
zeugsetzpfosten 43 ausgebildet sind, wobei genausoviele
Pfostenlöcher 51 wie Werkzeugsetzpfosten 43 vorgesehen
sind. Die Pfostenlöcher 51 sind nach oben in einen recht
winkligen Kasten 50 geöffnet und ihr Unterende ist durch
die Bodenplatte 53 des rechtwinkligen Kastens 50 ver
schlossen.
Zwischen dem rechtwinkligen Kasten 50 und dem Pfostenloch
bauteil 52 befindet sich ein Spalt 54, der eine Luftlei
tung 55 darstellt, die mit den offenen Oberenden der Pfo
stenlöcher 51 in Verbindung steht. Außerdem weist die Bo
denplatte 53 des rechtwinkligen Kastens 50 Luftlöcher 56
auf. Die Luftleitung 55 und die Luftleitungslöcher 56 sind
mit einer Druckluftquelle verbunden, so daß Luft in die
Pfostenlöcher 51 eingeleitet bzw. von diesen weggeführt
werden kann.
Wird durch die Luftlöcher 56 Druckluft in die Pfostenlö
cher 51 eingeleitet, werden die Werkzeugsetzpfosten 43
gemeinsam nach oben geschoben. Wird der Luftleitung 55
Druckluft zugeführt, werden die nach oben geschobenen
Werkzeugsetzpfosten 43 gemeinsam wieder herabgeschoben.
Der Luftdruck zum Aufwärtsbewegen der oben beschriebenen
Werkzeugsetzpfosten 43 wird auf einen relativ niedrigen
Wert so eingestellt, daß jeder der Werkzeugsetzpfosten 43
dann, wenn er durch die Spindel 45 belastet wird, zurück
geschoben, d. h., nach unten bewegt werden kann. Bezugszif
fer 57 bezeichnet einen für jeden Werkzeugsetzpfosten 43
vorgesehenen Dichtungsring.
Bezugnehmend auf Fig. 9 wird nun die Arbeitsweise der er
findungsgemäßen Werkzeugwechselvorrichtung beschrieben.
Zunächst wird die Spindel 45 in eine Position über dem
Werkzeugsetzpfosten 43 der Gruppe 41 von Werkzeugsetzpfo
sten, der ein Werkzeug 42 von der Spindel aufnehmen muß,
bewegt.
Daraufhin wird durch die Luftlöcher 56 den Pfostenlöchern
51 Luft zugeführt, so daß alle Werkzeugsetzpfosten 43 nach
oben auf die Spindel 45 zu geschoben werden.
Dann wird die Spindel 45 nach unten bewegt, um das Werk
zeug 42 an den Werkzeugsetzpfosten 43 unterhalb der Spin
del 45 zurückzugeben. Die Spindel 45 drückt dabei die der
Spindel benachbarten und von Werkzeugsetzpfosten 43 gehal
tenen Werkzeuge 42 nach unten. Die Spindel 45 drückt dabei
die oberen Endbereiche der Werkzeuge 42 in dieselbe Rich
tung, in die die Werkzeugsetzpfosten 43 zurückgezogen wer
den, also nach unten und somit gegen den oben beschriebe
nen Luftdruck. Das Werkzeug kann somit durch die Abwärts
bewegung der Spindel 45 sanft übergeben werden.
Nachdem das Werkzeug 42 an den entsprechenden Werkzeug
setzpfosten 43 wie oben beschrieben zurückgegeben wurde,
wird die Spindel 45 nach oben und in eine Position über
demjenigen Werkzeugsetzpfosten 43 bewegt, der das als
nächstes zu verwendende Werkzeug beinhaltet. Die Werkzeug
setzpfosten 43, die durch die Abwärtsbewegung der Spindel
45 nach unten gedrückt wurden, werden durch die Druckluft,
die durch die Luftlöcher 56 in die Pfostenlöcher 51 ein
geleitet wurde, wieder in die obere Position zurückge
bracht.
Daraufhin wird die Spindel 45 wieder nach unten bewegt, so
daß sie vom Werkzeugsetzpfosten 43 das gewünschte Werkzeug
42 aufnimmt. Die Spindel drückt dabei auf andere Werkzeuge
42, die dem gewünschten Werkzeug 42 benachbart sind, so
daß die Werkzeugsetzpfosten 43, die diese benachbarten
Werkzeuge 42 aufnehmen, nach unten bewegt werden. Somit
kann das neue Werkzeug 42 sanft an der Spindel 45 befe
stigt werden.
Danach wird die Spindel 45 mit dem nun gehaltenen Werkzeug
42 nach oben bewegt und in eine bestimmte Richtung bewegt,
bevor sie wieder nach unten bewegt wird. Andererseits wird
den Pfostenlöchern 51 der Pfostenhalterung 44 über die
Luftlöcher 56 keine Luft mehr zugeführt, gleichzeitig wird
den Pfostenlöchern 51 über die Luftleitung 55 Luft zuge
führt. Dadurch werden die Werkzeugsetzpfosten 43 gemeinsam
nach unten bewegt. Die Werkzeugwechseltätigkeit ist damit
beendet.
Die obige Tätigkeit kann automatisch mittels elektrischer
Steuerungseinrichtungen (nicht dargestellt) durchgeführt
werden.
Da wie oben beschrieben die Auf- und Abwärtsbewegungen der
Werkzeugsetzpfosten auf eine einzige Aktion reduziert
werden können, kann die für den Werkzeugwechsel benötigte
Zeit weiter verkürzt werden. Dadurch ergibt sich eine Er
höhung der Arbeitseffizienz. Da außerdem die Auf- und Ab
wärtsbewegungen der Werkzeugsetzpfosten so durchgeführt
werden, daß alle Werkzeugsetzpfosten der Pfostenhalterung
gemeinsam aufwärts bzw. abwärts bewegt werden, ist der
Aufbau der Ansteuerungsvorrichtung für die Auf- und Ab
wärtsbewegung der Werkzeugsetzpfosten vergleichsweise ein
fach. Dadurch können Größe und Kosten der Werkzeugwechsel
vorrichtung merklich verringert werden.
Claims (10)
1. Werkzeugwechselvorrichtung zum Auswechseln von Werkzeu
gen (14) zwischen einer Werkzeughalteeinrichtung (20,
21, 31, 43, 44) mit mehreren Werkzeughaltebauteilen
(23, 43), die in vorbestimmten Abständen angebracht
sind, und einer Spindel (11, 45), die auf das Werkzeug
haltebauteil (20, 21, 31, 43, 44) zu und von diesem weg
bewegt werden kann, wobei
jedes der Werkzeughaltebauteile (23, 43) so gelagert ist, daß es in seiner axialen Richtung bewegt werden kann; und
einer Antriebseinrichtung (X, Y, X1-X5, Y1-Y9, 34, 36, 40, 55, 56) vorgesehen ist, um jedes der Werk zeughaltebauteile (23, 43) in seiner axialen Richtung zu bewegen.
jedes der Werkzeughaltebauteile (23, 43) so gelagert ist, daß es in seiner axialen Richtung bewegt werden kann; und
einer Antriebseinrichtung (X, Y, X1-X5, Y1-Y9, 34, 36, 40, 55, 56) vorgesehen ist, um jedes der Werk zeughaltebauteile (23, 43) in seiner axialen Richtung zu bewegen.
2. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die
Werkzeughaltebauteile (23, 43) in einem matrixförmigen
Muster angeordnet sind und mehrere, durch ein Fluid be
tätigte Zylinder (33, 51) aufweisen, die matrixartig
angeordnet sind und jeweils axial mit den Werkzeughal
tebauteilen (23, 43) ausgerichtet sind.
3. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die
Antriebseinrichtung außerdem aufweist:
eine Fluidzuführeinrichtung mit einer ersten Gruppe (36) von mehreren Fluidleitungen, um ein unter Druck stehendes Fluid entsprechenden Reihen einer ersten Gruppe von Reihen von Zylindern (33) zuzuführen,
mit einer zweiten Gruppe (34) von mehreren Fluidleitungen, um ein unter Druck stehendes Fluid jeweiligen Reihen einer zweiten Gruppe von Reihen von Zylindern (33) zu zuführen, mit einer ersten Gruppe (Y1-Y9) von mehre ren Ventilen, um jeweils Fluid den Fluidleitungen (36) der ersten Gruppe zuzuführen, so daß auf die Zylinder (33) in den Reihen der ersten Gruppe eine abwärts ge richtete Kraft ausgeübt wird, mit einer zweiten Grup pe (X1-X5) von mehreren Ventilen, um jeweils Fluid den Fluidleitungen (34) der zweiten Gruppe zuzuführen,
um jeweils auf die Zylinder (33) in den Zeilen der zweiten Gruppe eine aufwärts gerichtete Kraft auszu üben, und mit einer Steuerungseinrichtung (40), um die erste und zweite Gruppe von Ventilen zu betätigen, und
eine Einrichtung (26), um ein Werkzeughaltebauteil (23), das mit einem der Zylinder (33) ausgerichtet ist, dann, wenn es gleichzeitig mit der aufwärts gerichte ten und der abwärts gerichteten Kraft beaufschlagt wird, in der unteren Position zu halten.
eine Fluidzuführeinrichtung mit einer ersten Gruppe (36) von mehreren Fluidleitungen, um ein unter Druck stehendes Fluid entsprechenden Reihen einer ersten Gruppe von Reihen von Zylindern (33) zuzuführen,
mit einer zweiten Gruppe (34) von mehreren Fluidleitungen, um ein unter Druck stehendes Fluid jeweiligen Reihen einer zweiten Gruppe von Reihen von Zylindern (33) zu zuführen, mit einer ersten Gruppe (Y1-Y9) von mehre ren Ventilen, um jeweils Fluid den Fluidleitungen (36) der ersten Gruppe zuzuführen, so daß auf die Zylinder (33) in den Reihen der ersten Gruppe eine abwärts ge richtete Kraft ausgeübt wird, mit einer zweiten Grup pe (X1-X5) von mehreren Ventilen, um jeweils Fluid den Fluidleitungen (34) der zweiten Gruppe zuzuführen,
um jeweils auf die Zylinder (33) in den Zeilen der zweiten Gruppe eine aufwärts gerichtete Kraft auszu üben, und mit einer Steuerungseinrichtung (40), um die erste und zweite Gruppe von Ventilen zu betätigen, und
eine Einrichtung (26), um ein Werkzeughaltebauteil (23), das mit einem der Zylinder (33) ausgerichtet ist, dann, wenn es gleichzeitig mit der aufwärts gerichte ten und der abwärts gerichteten Kraft beaufschlagt wird, in der unteren Position zu halten.
4. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die
Steuerungseinrichtung (40) die Ventile der ersten und
zweiten Gruppen so steuert, daß unter Druck stehendes
Fluid allen Fluidleitungen (36) der ersten Gruppe zuge
führt wird, wogegen alle Fluidleitungen (34) der zwei
ten Gruppe mit der Atmosphäre verbunden werden, damit
alle Werkzeughaltebauteile (23) in ihrer unteren Warte
position verbleiben, und um ein Werkzeughaltebauteil
(23), das in einer gewünschten Reihe liegt, zu heben,
die entsprechende Leitung der ersten Gruppe mit der
Atmosphäre verbunden wird, wogegen unter Druck ste
hendes Fluid der entsprechenden Leitung der zweiten
Gruppe zugeführt wird.
5. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die
Antriebseinrichtung außerdem aufweist:
eine Fluidzuführeinrichtung mit einer ersten Gruppe (36) von mehreren Fluidleitungen, um ein unter Druck stehendes Fluid entsprechenden Reihen einer ersten Gruppe von Reihen von Zylindern (33) zuzuführen, mit einer zweiten Gruppe (34) von mehreren Fluidleitungen,
um ein unter Druck stehendes Fluid jeweiligen Reihen einer zweiten Gruppe von Reihen von Zylindern (33) zu zuführen, mit einer ersten Gruppe (Y1-Y9) von mehre ren Ventilen, um jeweils Fluid den Fluidleitungen (36) der ersten Gruppe zuzuführen, so daß auf die Zylinder (33) in den Reihen der ersten Gruppe eine abwärts ge richtete Kraft ausgeübt wird, mit einer zweiten Grup pe (X1-X5) von mehreren Ventilen, um jeweils Fluid den Fluidleitungen (34) der zweiten Gruppe zuzuführen,
um jeweils auf die Zylinder (33) in den Zeilen der zweiten Gruppe eine aufwärts gerichtete Kraft auszu üben und mit einer Steuerungseinrichtung (40), um die erste und zweite Gruppe von Ventilen zu betätigen, und
Druckregulierungseinrichtungen (X, Y), die den Druck des Fluids so steuern, daß der Druck des Fluids in den Fluidleitungen der ersten Gruppe (36) höher ist als der Druck des Fluids in den Fluidleitungen der zweiten Gruppe (34), wodurch dann, wenn ein Zylinder gleichzei tig mit der aufwärts gerichteten und der abwärts ge richteten Kraft beaufschlagt wird, das Werkzeughalte bauteil (23), das dem Zylinder zugeordnet ist, in sei ner unteren Warteposition gehalten wird.
eine Fluidzuführeinrichtung mit einer ersten Gruppe (36) von mehreren Fluidleitungen, um ein unter Druck stehendes Fluid entsprechenden Reihen einer ersten Gruppe von Reihen von Zylindern (33) zuzuführen, mit einer zweiten Gruppe (34) von mehreren Fluidleitungen,
um ein unter Druck stehendes Fluid jeweiligen Reihen einer zweiten Gruppe von Reihen von Zylindern (33) zu zuführen, mit einer ersten Gruppe (Y1-Y9) von mehre ren Ventilen, um jeweils Fluid den Fluidleitungen (36) der ersten Gruppe zuzuführen, so daß auf die Zylinder (33) in den Reihen der ersten Gruppe eine abwärts ge richtete Kraft ausgeübt wird, mit einer zweiten Grup pe (X1-X5) von mehreren Ventilen, um jeweils Fluid den Fluidleitungen (34) der zweiten Gruppe zuzuführen,
um jeweils auf die Zylinder (33) in den Zeilen der zweiten Gruppe eine aufwärts gerichtete Kraft auszu üben und mit einer Steuerungseinrichtung (40), um die erste und zweite Gruppe von Ventilen zu betätigen, und
Druckregulierungseinrichtungen (X, Y), die den Druck des Fluids so steuern, daß der Druck des Fluids in den Fluidleitungen der ersten Gruppe (36) höher ist als der Druck des Fluids in den Fluidleitungen der zweiten Gruppe (34), wodurch dann, wenn ein Zylinder gleichzei tig mit der aufwärts gerichteten und der abwärts ge richteten Kraft beaufschlagt wird, das Werkzeughalte bauteil (23), das dem Zylinder zugeordnet ist, in sei ner unteren Warteposition gehalten wird.
6. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die
Steuerungseinrichtung (40) die Ventile der ersten und
zweiten Gruppe so steuert, daß dann, wenn alle Werk
zeughaltebauteile (23) in ihrer unteren Warteposition
gehalten werden sollen, unter Druck stehendes Fluid al
len Fluidleitungen der ersten und zweiten Gruppen zuge
führt wird und daß dann, wenn eines der Werkzeughalte
bauteile angehoben werden soll, das in einer gewünsch
ten Reihe vorhanden ist, die entsprechende Leitung der
ersten Gruppe mit der Atmosphäre verbunden wird, wäh
rend die Leitungen der zweiten Gruppe mit Ausnahme der
jenigen Leitung, die dem entsprechende Werkzeughalte
bauteil entspricht, mit der Atmosphäre verbunden wer
den.
7. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die
Antriebseinrichtung so arbeitet, daß sie an alle Werk
zeughaltebauteile (43) eine aufwärts gerichtete Kraft
anlegt, die so groß ist, daß sie dann, wenn die Spindel
(45) nach unten bewegt wird, um mit einem Werkzeughal
tebauteil (43) zusammenzuwirken, durch die abwärts ge
richtete Kraft der Spindel (45) nach unten bewegt wer
den können.
8. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, die für
eine Bohrmaschine verwendet wird, die Löcher in ge
druckte Leiterplatten bohrt.
9. Verfahren zum Auswechseln von Werkzeugen zwischen einer
Werkzeughaltevorrichtung mit mehreren Werkzeughaltebau
teilen, die in vorbestimmten Abständen angeordnet sind,
und einer Spindel, die auf das Werkzeughaltebauteil zu
und von diesem weg bewegt werden kann, mit den folgen
den Schritten:
Lagern eines jeden Werkzeughaltebauteils so, daß es in seiner axialen Richtung bewegt werden kann;
Positionieren der Spindel über dem gewünschten Werk zeughaltebauteil;
Anlegen einer aufwärts gerichteten Kraft an alle Werk zeughaltebauteile, um sie aufwärts zu bewegen; und
Abwärtsbewegen der Spindel, um das gewünschte Werk zeughaltebauteil gegen die auf es wirkende aufwärts gerichtete Kraft nach unten zu bewegen, während ein Werkzeug zwischen Spindel und Werkzeughaltebauteil übergeben wird.
Lagern eines jeden Werkzeughaltebauteils so, daß es in seiner axialen Richtung bewegt werden kann;
Positionieren der Spindel über dem gewünschten Werk zeughaltebauteil;
Anlegen einer aufwärts gerichteten Kraft an alle Werk zeughaltebauteile, um sie aufwärts zu bewegen; und
Abwärtsbewegen der Spindel, um das gewünschte Werk zeughaltebauteil gegen die auf es wirkende aufwärts gerichtete Kraft nach unten zu bewegen, während ein Werkzeug zwischen Spindel und Werkzeughaltebauteil übergeben wird.
10. Werkzeugwechselverfahren nach Anspruch 9, bei dem
dann, wenn das gewünschte Werkzeughaltebauteil durch
die Spindel nach unten bewegt wird, die Spindel au
ßerdem auf zumindest ein anderes Werkzeughaltebauteil,
das benachbart zum gewünschten Werkzeughaltebauteil
liegt, einwirkt, um auch dieses benachbarte Werkzeug
haltebauteil nach unten zu bewegen.
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