DE4421624C2 - Werkzeugwechseleinrichtung für eine Universal-Bearbeitungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechseleinrichtung für eine eine Hauptspindel mit senkrechter Drehachse aufweisende Universal-Bearbeitungsmaschine nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Bei einer aus DE-42 34 446 C1 bekannten Werkzeugwechselein­ richtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird der Werk­ zeugwechsel in der Weise durchgeführt, daß der Großarm und der Kleinarm in der gleichen Richtung horizontal verschwenkt wer­ den, wobei die Bewegung des Kleinarms über eine Kurbelstange und einen Kettenantrieb mit der des Großarms gekoppelt ist. Durch Verschwenken von Greifarmen zusammen mit der Verschwen­ kung des Schwenkarms wird dann der gewünschte Werkzeugwechsel durchgeführt. Bei dem Werkzeugwechsel findet somit eine Schwenkbewegung um drei Achsen statt, die nicht zueinander parallel sind.

Aus EP 0 446 357 A1 ist eine Werkzeugwechseleinrichtung be­ kannt, die gleichzeitig zwei einzuwechselnde und zwei auszu­ wechselnde Werkzeuge aufnehmen kann. Ein Wechselarm muß dabei unterschiedliche Relativbewegungen ausführen, um die erforder­ lichen Positionen zu erreichen. Hierzu wird ein sehr aufwen­ diges Getriebe für eine untere Welle und eine obere Welle, ein Riemenantrieb für eine Drehung um 180°, ein Riemenantrieb für eine Drehung um 90° und ein Mechanismus für eine lineare Bewe­ gung eingesetzt.

Aus US 4,831,714 ist eine Werkzeugwechseleinrichtung bekannt, bei der die Werkzeugwechselbewegung ein Verschwenken um zwei Schwenkachsen und ein Verschieben längs geradliniger Achsen beinhaltet und in vertikaler und horizontaler Lage durchge­ führt werden kann. Die Werkzeugwechseleinrichtung ist für einen Werkzeugwechsel in vertikaler und horizontaler Lage geeignet und dementsprechend aufwendig aufgebaut.

Aus US 4,837,919 ist eine Werkzeugwechseleinrichtung bekannt, bei der der Werkzeugwechsel nur in einer Richtung stattfindet. Die Werkzeugwechseleinrichtung weist einen Großarm und einen am Ende des Großarms verschwenkbar gelagerten Kleinarm auf. Der Kleinarm trägt eine einzige Greifzange, wodurch zum Werk­ zeugwechsel je zwei Bewegungen erforderlich sind, nämlich von der Hauptspindel zum Werkzeugmagazin und zurück.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion einer Werkzeugwechseleinrichtung für eine eine Hauptspindel mit senkrechter Drehachse aufweisende Universal-Bearbeitungs­ maschine zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugwechseleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe­ sondere in der Schnelligkeit des Werkzeugwechsels.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Werkzeugwechseleinrichtung in einer perspektivi­ schen Darstellung;

Fig. 2 die Werkzeugwechseleinrichtung im Vertikalschnitt;

Fig. 3 die Werkzeugwechseleinrichtung von oben, wobei die wesentlichen Bewegungen erkennbar sind;

Fig. 4 die Werkzeugwechseleinrichtung in einer Ansicht von oben, wobei der Vorgang des Greifens und Ablegens eines Werkzeugs aus bzw. in das Werkzeugmagazin dar­ gestellt ist; und

Fig. 5 in Draufsicht das Schrittschaltwerk für den Kleinarm.

Gemäß den Fig. 1 und 2 weist die Werkzeugwechseleinrichtung eine feststehende Stütze 14, ein Traggestell 8, einen Großarm 6, einen Schwenkzapfen 29 und eine Kurbel 12 auf.

Die feststehende Stütze 14 wird am Maschinengestell 2 einer Universal-Bearbeitungsmaschine 1 befestigt oder getrennt von der Universal-Bearbeitungsmaschine 1 angeordnet. Das Tragge­ stell wird von der feststehenden Stütze 14 getragen und ist nach oben und nach unten verschiebbar. Das Traggestell 8 ist mit seiner Unterseite an der Oberseite einer Führungsstange 13 befestigt und ist mit einer Schubstange 45 eines Öldruckzylin­ ders 15 oberhalb der feststehenden Stütze 14 verbunden. Es wird vom Öldruckzylinder 15 angetrieben und von der Führungs­ stange 13 geführt und kann angehoben und abgesenkt werden. Ein Großarm 6 ist auf dem Traggestell 8 horizontal schwenkbar ge­ lagert. Der Großarm 6 ist L-förmig und besteht aus einer senk­ rechten Säule und einer waagrechten Auskragung. An der Unter­ seite der senkrechten Säule des Großarms 6 befindet sich eine Lagerbohrung für ein Lager 28. Von dem Traggestell 8 erstreckt sich ein Schwenkzapfen 29, der zusammen mit dem Lager 28 den Großarm 6 um den Schwenkzapfen 29 verschwenkbar lagert. Am unteren Ende der Säule des Großarms 6 befindet sich eine Kur­ bel 12. Die Kurbel 12 wird von einem Hydraulikzylinder 15 an­ getrieben, um den Großarm 6 zu verschwenken.

Ein Kleinarm 9 ist am Ende der waagrechten Auskragung des Großarms 6 angelenkt und befindet sich am unteren Ende einer Drehachse 24. Die Drehachse 24 ist senkrecht ausgerichtet. Die durch Lager 32A, 32B gebildete Drehachse 24 ist am Großarm 6 montiert, so daß sich der Kleinarm 9 und der Großarm 6 gegen­ einanderbewegen können.

Der Kleinarm 9 trägt zwei Greifzangen 10, 11. Die Greifzangen 10, 11 stehen unter 90° von der Drehachse 24 ab. Der Kleinarm 9 kann um die Drehachse 24 als Zentrum und mit den beiden Greifarmen 10, 11 in 90°-Position verschwenkt werden. Die Bewegung der Greifzangen 10, 11 kann dadurch mit den Bewegun­ gen des Großarms 6 und den Werkzeugpositionen sowie der Po­ sition der Hauptspindel 16 koordiniert werden, um einen Werk­ zeugwechsel durchzuführen.

Gemäß Fig. 2 wird der Kleinarm 9 durch einen Induktionsmotor 5 angetrieben. Der Induktionsmotor 5 treibt eine Antriebswelle 17 an und wird durch einen Lagerbock 30 auf dem Großarm 6 mon­ tiert. Auf der Antriebswelle 17 befinden sich zwei parallele Nocken 18, die eine Drehscheibe 19 antreiben, die eine Ab­ triebswelle 23 dreht. Auf der Abtriebswelle 23 sitzt eine Rie­ menscheibe 20 und auf der Drehachse 24 eine Abtriebsriemen­ scheibe 33, deren Durchmesser so groß wie der der Riemen­ scheibe 20 ist. Die Riemenscheibe 20 und die Abtriebsriemen­ scheibe 33 sind durch einen Zahnriemen 22 verbunden, der die Drehung der Abtriebswelle 23 im Verhältnis 1 : 1 auf die Dreh­ achse 24 überträgt.

Die beiden parallelen Nocken 18 und die Drehscheibe 19 sind in Fig. 5 dargestellt. Die Funktion der beiden parallelen Nocken 18 besteht darin, den Kleinarm 9 zur Drehung um gleiche Schrittwinkel anzutreiben. Die beiden Nocken 18 sind flach übereinander und parallel an der Antriebswelle 17 befestigt. Auf der Ober- und auf der Unterseite der Drehscheibe 19 liegen je vier Nockenstößel 21 in isogonaler 90°-Anordnung, und die Nockenstößel 21 auf der Oberseite und die auf der Unterseite der Drehscheibe 19 sind gegeneinander versetzt. Die parallelen Nocken 18 haben eine solche Nockenkurve, daß sie von den Nockenstößeln 21 intermittierend in Schrittwinkeln von 90° um die Abtriebswelle 23 angetrieben werden, womit die Abtriebs­ welle 23 den Kleinarm 9 mit gleichwinkligem Schrittwinkel schwenkt.

Die parallelen Nocken 18 sind ein allgemein bekanntes mechani­ sches Schrittschaltwerk und werden daher hier nicht im Detail beschrieben. Zwischen der Antriebswelle 17 und der Abtriebs­ welle 23 kann auch ein anderes Schrittschaltwerk, z. B. ein Malteserkreuzgetriebe eingesetzt werden.

Im Betrieb wird der Großarm 6 durch den Hydraulikzylinder 7 so verschwenkt, daß die Greifzangen 10, 11 an dem Kleinarm 9 die richtige Position an einem Werkzeugmagazin 4, an der das Werk­ zeug abgenommen wird und die richtige Position an der Haupt­ spindel 16 der Universal-Werkzeugmaschine, an der das Werkzeug gewechselt wird, erreichen. Durch Drehung des Kleinarms 9 um einen Winkelschritt werden die Positionen der zwei Greifzangen 10, 11 getauscht, damit die zwei Greifzangen 10, 11 nachein­ ander die Werkzeugabnahme von der Hautspindel 16 und dann die Aufnahme des Werkzeugs, das dem Werkzeugmagazin 4 entnommen wurde, in die Hauptspindel 16 durchführen, so daß der Werk­ zeugwechsel in einem Fahrweg durchgeführt wird, wodurch die Wartezeit bei einem Werkzeugwechsel wesentlich verringert wird.

Der Verlauf der einzelnen Bewegungen und die relativen Win­ kellagen werden nach dem Abstand und der Position zwischen der Hauptspindel 16, der Universal-Werkzeugmaschine 1 und dem Werkzeugmagazin 4 gewählt, und die Bewegung der Baugruppen wird durch Induktivitätstaster numerisch gesteuert. Die Werkzeugwechseleinrichtung führt den Werkzeugwechsel nach folgendem Bewegungsablauf durch:

• (1) Zunächst steht der Großarm 6 in der Werkzeugwechsel-Po­ sition 40 (Fig. 3), stehen der Kleinarm 9 und der Großarm 6 in einem bestimmten Winkel zueinander und befindet sich in den Greifzangen 10, 11 kein Werkzeug. Wenn die Steue­ rung den Befehl für den Werkzeugwechsel gibt, wird das Werkzeugmagazin 4 in die richtige Position 44 für die Werkzeugentnahme gebracht, wobei das Werkzeug durch die Greifzange 10 bzw. 11 entnommen wird. Danach beaufschlagt der Hydraulikzylinder 7 mittels der Kolbenstange 34 die Kurbel 12 an dem Großarm 6, so daß dieser im Gegenuhrzei­ gersinn geschwenkt wird und die Greifzange 10 das richtige Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin 4 entnimmt. Der Hydrau­ likzylinder 7 beaufschlagt dann wieder mittels der Kolben­ stange 34 die Kurbel 12 an dem Großarm 6 zur Schwenkung im Uhrzeigersinn, wobei die Kurbel 12 den Kleinarm 9 mit dem Werkzeug, das durch die Greifzange 10 gehalten wird, bis unter die Hauptspindel 16 führt.
• (2) Nachdem der Großarm 6 verschwenkt wurde, wird ein Motor 5 eingeschaltet, der die parallelen Nocken 18 zur Drehung im Uhrzeigersinn antreibt, und wird der Kleinarm 9 durch die Riemenscheiben 20, 33 um einen Winkelschritt im Uhrzeiger­ sinn gedreht. Der Winkel, den der Kleinarm 9 zwischen der Greifzange 11 ohne Werkzeug und der Werkzeugwechselposi­ tion 41, die der Großarm 6 erreicht, bildet, läßt die Greifzange 11 in die Position gelangen, in der das Werk­ zeug in der Hauptspindel 16 eingespannt wird, wenn der Kleinarm 9 einen Winkelschritt gedreht wird. Eine Kolli­ sion zwischen dem Werkzeugflansch auf der Hauptspindel 16 wird dadurch vermieden.
• (3) Wenn die Greifzange 11 mit der Hauptspindel 16 ausgerich­ tet ist, löst die Steuerung des Spindelkopfes 3 das ur­ sprüngliche Werkzeug, so daß dieses aus der Spindelbohrung fällt und von der Greifzange 11 erfaßt wird. Ein Magnet­ ventil betätigt dann den Hydraulikzylinder 15, der das Traggestell 8 absenkt, wodurch das Werkzeug von der Hauptspindel 16 weggeführt wird.
• (4) Es wird der Induktionsmotor eingeschaltet, der die parallelen Nocken 18 für die Drehung des Kleinarms 9 zur Drehung um den Schrittwinkel im Uhrzeigersinn antreibt, wobei gleichzeitig das neue Werkzeug in der Greifzange 11 genau unter die Hauptspindel 16 gelangt.
• (5) Es wird der Hydraulikzylinder 15 betätigt, der das Traggestell 8 anhebt, das das neue Werkzeug in die Spin­ delbohrung steckt. Danach zieht die Steuerung des Spindel­ kopfs 3 das Werkzeug fest.
• (6) Es wird dann der Hydraulikzylinder 7 betätigt, der den Großarm 6 im Gegenuhrzeigersinn zurück zur Position 42 neben dem Werkzeugmagazin 4 zieht, in der das Werkzeug entnommen und aufgenommen wird. Wenn der Großarm 6 ver­ schwenkt wird, aber noch nicht die Position für die Werkzeugentnahme und Werkzeugaufnahme erreicht, dreht der Induktionsmotor 5 den Kleinarm 9 um einen Schrittwinkel im Uhrzeigersinn und damit in die Lage 43, in der die Greif­ zange 11 das Werkzeug zurück in das Werkzeugmagazin 4 bringt. Es ergibt sich daher keine Kollision mit anderen Werkzeugen im Werkzeugmagazin 4 (Fig. 4).
• (7) Schließlich wird der Hydraulikzylinder 7 betätigt, um den Großarm 6 aus der Position 42 für Werkzeugentnahme und Werkzeugaufnahme bis in die Position 40 für Werkzeugwech­ sel zu bringen. Der Motor 5 dreht den Kleinarm wieder um einen Schrittwinkel zurück in die Position 40 für den Werkzeugwechsel gemäß Punkt (1) des Bewegungsablaufs, wo­ mit der Werkzeugwechsel abgeschlossen ist.

Claims (5)

1. Werkzeugwechseleinrichtung für eine eine Hauptspindel (16) mit senkrechter Drehachse aufweisende Universal-Bearbei­ tungsmaschine (1),
mit einem auf einem Traggestell (8) horizontal verschwenk­ bar gelagerten Großarm (6);
mit einer Einrichtung (7, 12) zum horizontalen Verschwen­ ken des Großarms (6);
mit einem an einem Ende des Großarms (6) horizontal ver­ schwenkbar gelagerten Kleinarm (9) und
mit zwei Greifzangen (10, 11) am Kleinarm (9),
wobei der Großarm (6) den Kleinarm (9) von einer Posi­ tion, in der das Werkzeug (35) von einem Werkzeugmagazin (4) abgenommen und aufgenommen wird, zu der Hauptspindel (16) der Universal-Bearbeitungsmaschine (1) verschwenken kann, in der die beiden Greifzangen (10, 11) durch Ver­ schwenken des Kleinarms (9) ein Werkzeug von der Haupt­ spindel (16) auswechseln und das aus dem Werkzeugmagazin (4) aufgenommene Werkzeug einwechseln können,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Traggestell (8) zum Aus- und Einwechseln der Werkzeuge durch einen Zylinder (15) und eine Führungs­ stange (13) vertikal verschiebbar ist und
daß der Kleinarm (9) zusammen mit den Greifzangen (10, 11) durch ein mit gleichwinkligem Schrittwinkel schwenkendes Schrittschaltwerk (17 bis 22) verschwenkbar ist.

2. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schrittschaltwerk einen Induktions­ motor auf der Oberseite des Großarms (6) mit einer An­ triebswelle (17), ein intermittierendes Getriebe (18, 21), das von der Antriebswelle (17) des Induktionsmotors ange­ trieben wird, und Getrieberäder (19, 33) aufweist, die die Abtriebswelle des intermittierenden Getriebes mit dem Kleinarm (9) verbinden.

3. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittwinkel des Schrittschalt­ werks (18 bis 21) 90° beträgt.

4. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das intermittierende Getriebe zwei parallele Nocken (18) aufweist.

5. Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum horizontalen Verschwenken des Großarms (6) ein Hydraulik­ zylinder (15) ist, dessen Kolbenstange mit einer Kurbel (12) des Großarms (6) verbunden ist.