DE8519793U1 - Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine - Google Patents

Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine

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DE8519793U1 DE8519793U DE8519793U DE8519793U1 DE 8519793 U1 DE8519793 U1 DE 8519793U1 DE 8519793 U DE8519793 U DE 8519793U DE 8519793 U DE8519793 U DE 8519793U DE 8519793 U1 DE8519793 U1 DE 8519793U1
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Description

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Komet Stahlhalter- und
Werkzeugfabrik Robert Breuninf 7122 Besigheim Gmt
Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine.
Die Erfindung betrifft eine Wer kzeugiiiechseivdf richtung für eine Werkzeugmaschine, mit einer an der Werkzeugmaschine vorgesehenen Werkzeughalteraufnahme, insbesondere einer Spindel, mit mehreren wechselweise in die Werkzeughaiteraufnähme einsetzbaren Werkzeughaltern, von denen jeder einen zylindrischen Abschnitt und in diesem eine radial verlaufende Gewindebohrung aufweist, und mit einem am freien Ende eines Wechselarmes radial zur Achse des zylindrischen Abschnittes bzw. zur Spindelachse beweglichen Wechselkopf, der an seinem dem Werkzeughalter zugekehrten äußeren Ende mit einer beim Werkzeugwechsel an dem zylindrischen Abschnitt angreifenden Zentrierausnehmung und im Zentrum der Zentrierausnehmung mit einem sich in der radialen Bewegungsrichtung des Wechselkopfes erstreckenden, in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen motorisch antreibbaren Verbindungsbolzen versehen ist, der in seiner Achsrichtung im Wechselkopf begrenzt verschiebbar ist und an seinem freien Ende ein in die Gewindebohrung passendes Außengewinde aufweist.
Eine derartige bekannte Wechselvorrichtung ist in der EP-A 0 125 529 beschrieben. Wichtig bei einer derartigen Wechselvorrichtung ist es, daß der Wechselkopf gegenüber der Spindelachse in Wechselposition stets den gleichen Abstand aufweist, da nur dann sichergestellt ist, daß die Achse des Werkzeughalters beim Wechseln mit der Spindelachse fluchtet. Da bei der bekannten Wechselvorrichtung also die Endstellung des Wechselkopfes gegenüber der Spindelachse stets die gleiche ist, können nur Werkzeughalter ausgewechselt werden, deren zylindrische Abschnitte im Durchmesser gleich groß sind. In der Regel bildet der zylindrische
Abschnitt einen Teil des Schaftes des Werkzeughaiters , der mit diesem Schaft sich an der Stirnfläche der Spindel abstützt. Obwohl man bemüht ist> diesen Schäftdurchmesser aus Stabilitätsgründen möglichst groß zu machen, kann es bei Werkzeugen, die geringeren Belastungen ausgesetzt sind, uiie z.B. Reibahlen, Feinbohrstangen, Gewindeschneidwerkzeugen usw. , zweckmäßiger sein, den Schaft im Durchmesser kleiner zu machen, damit die Werkzeughalter leichter werden und damit wegen ihrer geringeren Masse schneller zu wechseln sind und damit die Werkzeughalter in einem Magazin auch weniger Platz beanspruchen. Ein kleinerer Schaftdurchmesser hat jedoch zwangsläufig zur Folge, daß auch der zylindrische Abschnitt des Werkzeughalters, an welchem der Wechselkopf angreifen kann, im Durchmesser kleiner wird. Zum wechselweisen Erfassen von Werkzeughaltern, deren zylindrische Abschnitte unterschiedliche Durchmesser aufweisen, ist die bekannte Wechselvorrichtung nicht geeignet.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei gleichbleibender Endstellung des Wechselkopfes gegenüber der Spindelachse das Wechseln von Werkzeughaltern ermöglicht, deren zylindrische Abschnitte unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wechselkopf an seinem, dem jeweiligen Werkzeughalter zugekehrten Ende,ein im wesentlichen segmentförmiges Teil und in diesem eine erste Zentrierausnehmung aufweist, die durch eine in etwa dem Radius des zylindrischen Abschnittes eines ersten Werkzeughalters entsprechende erste, teilzylinderische (bogenförmige) Zentrierfläche gebildet ist, daß an beiden Seiten
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des segmentformigen Teils an einem gegenüber diesem in axialerRichtung verbreiterten Teil des Idechselkopf es je eine zuleite teilzyiindrische (bogenförmige) Zentrier·" fläche vorgesehen ist, die zur ersten Zentrierfläche konzentrisch ist und deren Radius in etwa dem größeren Radius eines zylindrischen Abschnittes eines zweiten Werkzeughalters entspricht, der im Bereich seiner radialen Gewindebahrung eine Ausnehmung für das ssgmsrit^ förmige Teil aufweist.
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Mit dieser neuen Werkzeugwechsel vorrichtung können wechselweise Werkzeughalter aufgenommen und ausgewechselt S werden, die zylindrische Abschnitte mit unterschiedli-
chen Durchmessern aufweisen. Sofern der Werkzeughalter
15 einen zylindrischen Abschnitt mit kleinerem Durchmes-
ser aufweist, kommt die erste Zentrierfläche an diesem zylindrischen Abschnitt zur Anlage. Hat hingegen ein anderer Werkzeughalter einen zylindrischen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser, dann kommt der Wechselkopf mit seinen zweiben, im Radius größeren 7.entrierflächen, an dem zylindrischen Abschnitt zur Anlage. Die Ausnehmung in dem zylindrischen Abschnitt ist dazu vorgesehen, damit das segmentförmige Teil , welches in diesem Fall überflüssig und unwirksam ist, in die Ausnehmung eintauchen kann. Der auszuwechselnde Werkzeughalter liegt in diesem Fall nur mit seinem zylindrischen Abschnitt an den zweiten Zentrierflächen des Wechselkopfes an. Da diese konzentrisch zu der ersten Zentrierfläche angeordnet sind, haben die Zentrierflächen einen
3D gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt bzw. eine gemeinsame Krümmungsachse, die bei gleichbleibender Endstellung des Wechselkopfes gegenüber der Spindelachse mit dieser zusammenhält.
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Worteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sin in den
LJnteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigen :
Figur 1 einen Axialschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles beim Erfassen eines Werkzeughalters mit
kleinem Durchmesser,
Figur 2 einen Teilquerschnitt nach der Linie II-II der
Figur 1 ,
Figur 3 einen Axialschnitt des ersten Ausführungsbeispieles beim Erfassen eines Werkzeughalters mit
großem Durchmesser,
Figur k einen Querschnitt nach der Linie IU-IU der
Figur 3 ,
Figur 5 einen Teilquerschnitt beim Erfassen eines Teiles mit einer ebenen Oberfläche,
Figur 6 ein zweites Ausführungsbeispiel in Stirnansicht.
In der Zeichnung ist mit 1 die Spindel einer Werkzeugmaschine bezeichnet, die eine zylindrische Aufnahmebohrung 2 zur Aufnahme eines Paßzapfens 3 eines ersten Werkzeughalters 4 aufweist. Der erste Werkzeughalter k hat einen zylindrischen Abschnitt 5 mit einem Radius R1 von beispielsweise 50 mm. In dem zylindrischen Abschnitt k ist
eine radial verlaufende Gewindebohrung 6 vorgesehen.
In die gleiche Spindel 1 soll, wie aus Figur 3 und k
ersichtlich iat, auch ein zweites Werkzeug h' eingesetzt bzw. ausgewechselt werden, welches einen zylindrischen
Abschnitt 5' mit einem größeren Radius R2 von beispielsweise S2,5 mm aufweist. Im zylindrischen Abschnitt 5'
ist είπε radialE Gewindebohrung 6· vorgesehen, deren Durchmesser dem der Gewindebohrung 6 entspricht. Der Paßzapfen des Werkzeughalters ^1 hat die gleichen Abmessungen wie der Paßzapfen 3 des Werkzeughalters U.
Der lilEchselkDpf 7 ist an einem nicht dargestellten Wechselarm der Werkzeugwechselvorrichtung angeordnet, wobei dieser Ulechselarm in radialer Richtung R und auch in axialer Richtung C gegenüber der Spindelachse A beweglich ist. Die 1Π Anordnung ist dabei jedoch so getroffen, daß der Spindelkopf 7 in Wechselstellung stets den gleichen Abstand a gegenüber der Spindelachse A einnimmt.
Der liJechselkopf 7 ist im Axialschnitt stufenförmig abgesetzt. Er meist an seinem dem Werkzeughalter ^ bzuj. ^1 zugekehrten Ende ein im wesentlichen segmentförmiges Teil 7a mit einer Breite B auf. In diesem segmentförmigen Teil 7a ist eine Erste Zentrierausnehmung vorgesehen. Diese Zentrierausnehmung wird durch eine teilzylindrische (bogenförmige) Zentrierfläche B gebildet. Der Radius r1 dieser Zentrierfläche B ist um einige hundertstel Millimeter, beispielsweise um etwa D,02 mm, kleiner als der Radius R1 des ersten Werkzeughalters k.
An das segmentförmige Teil 7a schließt sich ein in axialer | Richtung des Werkzeughalters k bzw. der Spindel 1 verbreiterter Teil 7b an. Dieser verbreiterte Teil 7b weist eine Breite B1 auf, die größer ist als die Breite B. An diesem verbreiterten Teil 7b ist an jeder Seite des segmentförmigEn Teiles 7a eine zweite teilzylindrische (bogenförmige) Zentrierfläche 9 vorgesehen, durch die eine zweite Zentrierausnehmung gebildet wird. Die zweite Zentrierfläche 9 ist konzentrisch zu der ersten Zentrierfläche Β angeordnet und weist einen Radius r2 auf, der
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um einige hundertstel Millimeter, beispielsweise D,02 mm, kleiner ist, als der Radius R 2 des zylindrischen Abschnittes 51 des zweiten Werkzeughalters 4'. In dem liJechselkapf ist ferner ein Verbindungsbolzen 10 in einer radialen
Bohrung 11 verschiebbar gelagert. In den Kopf 10a dieses Verbindungsbolzens greift der Mitnehmer 12 eines in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen motorisch antreibbaren Schraubendrehers 13 ein. Der Schraubenkopf 10a stützt
sic'i an einem Absatz 14 der Bohrung 11 ab. An seinem
vorderen Ende ist der Verbindungsbolzen 10 mit einem in die radialen Gewindebohrungen 6, 61 passenden Außengewinde 10b versehen.
Der üJekrzeughalter 4' weist im Bereich seiner Gewindebohrung 6' eine segmentförmige Ausnehmung 15 auf, in welche das segmentf örmige Teil 7a des lilechselkopf es 7 mit Spiel eintauchen kann. Damit gewährleistet ist, daß die zweite Zentrierfläche ι am zylindrischen Abschnitt 51 des Werkzeughalters 4' anliegt, ist die maximale Tiefe T der
2D Ausnehmung 15 etwas größer als die maximale radial?. Höhe H des segmentförmigen Teiles 7a.
Zweckmäßig ist diametral gegenüberliegend zu der Ausnehmung 15 eine weitere Ausnehmung 15' vorgesehen, deren
Größe zum Massenausgleich der Größe der ersten Ausnehmung 15 entspricht. Da die Ausnehmungen 15 und 15' nur
an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen des Werkzeughalters vorgesehen sind, wird der Schaft des Werkzeughalters am übrigen Umfang nicht geschwächt.
Dadurch, daß die Radien r1 und r2 der Zentrierflächen 8, 9 jeweils um einige hundertstel Millimeter kleiner sind
als die Radien RI und RZ der zylindrischen Abschnitte 5, 5' der zugehörigen Werkzeughalter 4, 41, wird sicherge-
stellt, daß eine Berührung zwischen der Zentrierfläche B
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und dem zylindrischen Abschnitt 5 des zugehörigen Werkzpüges k an den in Umfangsrichtung am weitesten entfernt liegenden Stellen der Zantrierflache S stattfindet. Hierdurch hat die Zentrierfläche ß die Wirkung eines Prismas und es iuird sichergestellt, daß die Achse des Werkzeughalters U mit der Achse der Zentrierfläche B fluchtet. Das gleiche gilt bezüglich der Zentrierflächen 9, die infolge ihrer Radien r2 , die um einige hundertstel Millimeter kleiner sind als der Radius R2 des zylindr :.*jchen Abschnittes 5', gegenüber dem Werkzeughalter ^1 den gleichen Prismaeffekt enthalten.
Zum Wechseln eines Werkzeuges uird der Wechselkopf 7 mittels des Wechselarmps an den in der Spindel 1 befindlichen Werkzeughalter in Richtung R heranbewegt, bis die Zentrierfläche 8 am zylindrischen Abschnitt 5 anliegt. Der Verbindungsbolzen 10 kann hierbei zunächst in Richtung R entgegen der Kraft einer nicht dargestellten Feder radial ausweichen. Wird anschließend der Schraubendreher 13 mit Rechtsdrehung angetrieben, so schraubt sich das Gewinde 10b des Verbindungsbolzens in die Geuindebohrung 6, solange bis der Schraubenkopf 10a an dem Absatz Λ1* zur Anlage kommt. Der Werkzeughalter k ist damit sicher mit dem WechsElkopf 7 verschraubt. Durch anschließende Bewegung des Wechselarmes zunächst in axialer Richtung C wird der Paßzapfen 3 des Werkzeughalters k aus der Spindel 1 herausgezogen. Der meist zweiarmige Wechselarm wird dann um 180° geschwenkt und ein an ssinem zweiten Arm vorgesehener Wechselkopf, der einen anderen Werkzeughalter trägt, wird vor die Spindel 1 eingeschwenkt. Durch Bewegung des Wechselarmes in axialer Richtung C wird dann der Paßzapfen 3 des neuen Werkzeughalters in die Aufnahmebohrung 2 der Spindel 1 eingeführt.
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Beim Auswechseln eines Werkzeughalters ^1 mit einem im
Durchmesser größeren zylindrischen Abschnitt 5' taucht
zunächst der segmentförmige Abschnitt 7a in die Ausnehmung 15 ein, bevor die Zentrierf'lächen 9 an dem zylindrischen Abschnitt 51 zur Anlage kommen. Hierbei weicht
der Uerbindungsbolzen 10 mieder in radialer Richtung aus
und uiird anschließend, wie oben beschrieben wurde, mit
seinem Gewinde 1Db in die Gewindebohrung 61 eingeschraubt |
bis sich der Schraubenkopf 10a an dem Absatz 1*t abstützt ii
und die Zentrierfläche 9 fest an den zylindrischen Ab- |
schnitt 5' angepreßt wird. |
Damit der Verbindungsbolzen bei einem Werkzeughalter U, |
mit im Durchmesser kleinerem zylindrischen Abschnitt 5, I
zum Einschrauben in die Geioindebohrung 6 nicht so viele |
Umdrehungen machen muß, weist die Gewindebohrung G zweck- j
mäßig eine gewindelose Ansenkung 16 auf. \
Obwohl der ülechselkopf 7 in erster Linie zum Auswechseln |
von Werkzeughaltern k, h' mit zylindrischen Abschnitten |
5, 5' verwendet werden soll, kann er auch, wie es in i
Figur 5 dargestellt ist, zum Erfassen und Auswechseln $
eines Teiles 17 mit einer ebenen Oberfläche 1Θ veruen- |
det werden. Zu diesem Zweck weist der Wechselkopf 7 in |
zu beiden Seiten der ersten Zentrierfläche B liegenden I
ebenen Teilen 19 seiner Stirnfläche je eine Bohrung 20 '·
auf, die parallel zur Achse des Verbindungsbolzens 10 i
verläuft. In der ebenen Oberfläche 1B sind zu beiden |
Seiten der Gewindebohrung G Zentrierzapfen 21 angeord- | net, die in die Bohrungen 20 passen. Diese Zentrierzapfen
21 greifen beim Wechselvorgang in die Bohrungen 20 ein,
wodurch das Teil 17 verdrehfest und ausgerichtet mit dem
Wechselkopf 7 verbunden werden kann.
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Wenn mit ein und derselben Wechsel vorrichtung Werkzeughalter ausgewechselt Werden sollen, deren zylindrische Abschnitte drei verschiedene Durchmesser aufweisen, dann ωϊrd der Wechselkopf zuieckmäBig in der in Figur 6 dargestellten Weise ausgestaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Wechselkopf 7' an dem Wechselarm 22 um eine parallel zur Spindelachse A verlaufende Schwenkachse 23 schwenkbar gelagert. Die Schwenkbewegung kann mittels einer nicht dargestellten Zahnstange oder eines Gestänges erfolgen. Der in Figur G rechts dargestellte Teil des Wechselkopfes 7' entspricht in seiner Ausgestaltung der Ausgestaltung des Wechselkopfes 7 des in Figur 1 - U dargestellten Ausführungsbeispieles, weshalb für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen ver-
1-5 wendet worden sind und obige Beschreibung sinngemäß zutrifft.
An dem Wechselkopf 7' ist in Schwenkrichtung S winkelmäßig versetzt, beispielsweise um ^5° versetzt, ein weiterer Wechselkopf 2k angeordnet. Dieser weist an seinem freien Ende eine teilzylindrische Zentrierfläche 25 auf, deren Radius r3 kleiner ist als der Radius r1 der ersten Zentrierfläche B. Der Radius r3 ist um einige hundertstel Millimeter kleiner als der Radius R3 des zylindrischen Abschnittes 5" des weiteren Werkzeughalters k" . Der Krümmungsmittelpunkt M3 der Zentrierfläche 25 weist von der Schwenkachse 23 den gleichen Abstand al auf, wie der Krümmungsmittelpunkt M1 der ersten Zentrierfläche B. Ferner ist der Zentrierfläche 25 ein eigener Verbindungsbolzen 10' zugeordnet.
Wenn ein Werkzeughalter if", dessen zylindrischer Abschnitt 5" den kleinen Radius R3 aufweist, ausgewechselt werden soll, dann wird der Wechselkopf 71 in die in Figur S dargestellte Lage geschwenkt. In diesem Fall fluchtet dann
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in der äußeren Endstsllung des ÜJechselkopfes 7' der Mittelpunkt M3 mit der Spindelachse und es können Werk' zEughalter 4' mit dem Radius R3 einwandfrei ausgewechselt ujerden. Sollen hingsgEn dJErkzEUghaltsr 4 oder hl mit den Radien R1 bzw* R2 ausgewechselt werden, dann wird der liJechselkopf 71 aus seiner in Figur 6 dargestellten Stellung nach links in die strichpunktierte Lage geschwenkt.

Claims (7)

• · I • · » t - 11 Ansprüche
1. WerkzEugwEchselvorrichtung Für eine lilerkzeugmaschiriE , mit einer an der UJerkzeugmaschine vorgesehenen Werkzeughalteraufnähme, insbesondere einer Spindel, mit mehreren wechselweise in die Werkzeughalteraufnähme einsetzbaren Werkzeughaltern, von denen jeder einen zylindrischen Abschnitt und in diesem eine radial verlaufende Geidindebohrung aufweist, und mit einem am freien Ende eines üJechselarmes radial zur Achse des zylindrischen Abschnittes bzw. zur Spindelachse be-Ljeglichen Idechselkopf, der an seinem dem Werkzeughalter zugekehrten äußeren Ende mit einer beim Werkzeugwechsel an dem zylindrischen Abschnitt angreifenden Zentrierausnehmung, und im Zentrum der Zentrierausnehmung mit eimern sich in der radialen Bewegungsrichtung des WechsRlkopfes erstreckenden, in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen motorisch antreibbaren Verbindungsbolzen versehen ist, der in seiner Achsrichtung im Wechselkopf begrenzt verschiebbar ist und an seinem freien Ende ein in die Gewindebohrung passendes Außengewinde aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselkopf (7, 7') an seinem dem jeweiligen Werkzeughalter {U , W, k") zugekehrten Ende ein im wesentlichen segmentförmiges Teil (7a) und in diesem eine erste Zentrierausnehmung aufweist, die durch eine in etwa dem Radius (R1) des zylindrischen Abschnittes (5) Eines ersten Werkzeughaxters (4) entsprechende erste, teil zylindrische (bogenförmige) Zentrierfläche (B) gebildet ist, daß an beiden Seiten des segmentförmigen Teils (7a) an einem gegenüber diesem in axialer
3D Richtung verbreiterten Teil (7b) des Wechselkopfes (7, 7') je eine zweite teilzylindrische (bogenförmige) Zentrierflächa (9) vorgesehen ist, die zur ersten
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Zentrierfläche (B) konzentrisch ist und deren größerer Radius (r2) in etwa dem größeren Radius (R2) eines zylindrischen Abschnittes (5 ' ) eines zweiten Werkzeughalters (^') entspricht, der im Bereich seiner radialen Gewindebnhrung (61) eine Ausnehmung (15) für das segmentförmige Teil (7a) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (15) segmentförmig ist unc ihre maximale Tiefe (T) in radialer Richtung etwas größer ist als die maximale radiale Höhe (H) des segmentförmigen Teils (7a).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter (41) an einer der Ausnehmung (15) diametral gegenüberliegenden Stelle eine zweite Ausnehmung (151) aufweist, deren Größe zum Massenausgleich der Größe der ersten Ausnehmung (15) entspricht.
k. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien (r1, r2 , r3) der Zentrierflächen (θ, 9, 25) jeweils um einige hundertstel Millimeter kleiner sind als die Radien (R1, R2 , R3) der zylindrischen Abschnitte (5, 5', 5") der zugehörigen Werkzeughalter
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien (r1, r2 , r3) der Zentrierflächen (Θ, 9, 25) jeweils um etwa 0,02 mm kleiner sind als die Radien (R1, R2, R3) der zylindrischen Abschnitte (5, 5 ' , 5 " ) .
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= 13 =
6* Vorrichtung flach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen eines Teiles (17) mit ebener Oberfläche (1B) in zu beiden Seiten der ersten Zentrierfläche (8) liegenden ebenen Teilen (19) der Stirnfläche des dlG^hselkopfes (7) je eine parallel zur Achse des Verbindungsbolzens (10) verlaufende Bohrung (20) vorgesehen ist und in der ebenen Oberfläche (IB) ZU beiden Seiten dBr Geufinriphghrunn Cfi) jp Bin in nixB Bohrung (20) passender Zentrierzapfen (21) vorgesrhen ist. (Figur 5)
K
7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Uechselkopf (7■) an dem Uechselarm (22) um eine parallel zur Spindelachse
(A) verlaufende Schwenkachse (23) schwenkbar ist und daß der lilechselkopf (7 ' ) in Schiuenkrichtung (S) winkelmäßig versetzt eine weitere teilzylindrische Zentrierfläche (25) aufweist, deren Radius (r3) kleiner ist als der Radius (r1) der ersten Zentrierfläche (B) und deren Krümmungsmittelpunkt (M3) von der Schwenkachse (23) den gleichen Abstand (al) aufweist wie der Krümmungsmittelpunkt (M1) der ersten Zentrierfläche (B), wobei der weiteren Zentrierfläche (25) ein eigener Verbindungsbolzen (10') zugeordnet ist.
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