DE19957217A1 - System for rapid automatic exchange of spindle tools machining, e.g., massive undercut freeform molds, includes spindle clamp and tool wrench - Google Patents
System for rapid automatic exchange of spindle tools machining, e.g., massive undercut freeform molds, includes spindle clamp and tool wrenchInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere eine Werkzeugmaschine zum mehrseitigen Bearbeiten von großen und schweren Werkstücken mit tiefen Konturen, Freiformflächen und Hinterschneidungen, insbesondere zum Formstoffräsen für die direkte Herstellung von Formen für Gußteilen, wobei die Bearbeitungsmaschine mindestens eine Antriebsspindel mit einer Schnittstelle für ein Werkzeug zum Fräsen oder Bohren aufweist und mit einem das Werkzeug beim automatischen Wechsel haltenden Greifer versehen ist.The invention relates to a processing machine, in particular a machine tool for Multi-sided machining of large and heavy workpieces with deep contours, Free-form surfaces and undercuts, in particular for molding material for direct Manufacture of molds for castings, the processing machine at least one Has drive spindle with an interface for a tool for milling or drilling and is provided with a gripper that holds the tool during the automatic change.
Bekannt sind Bearbeitungsmaschinen, die für den automatischen Wechsel der Werkzeuge eine Motorspindel mit einem integrierten Spannsystem aufweisen, das durch Federkraft Werkzeuge spannt und durch Pneumatik oder Hydraulik Werkzeuge löst. Eine wichtige Voraussetzung für den automatischen Werkzeugwechsel ist das Vorhandensein einer geeigneten Schnittstelle zwischen dem Werkzeug und der Antriebsspindel. Bekannte Schnittstellen bei Werkzeugmaschinen sind zum einen die Steilkegelaufnahme (SK) und zum anderen die Hohlschaftkegelaufnahme (HSK). Für beide Bauarten gibt es mehrere genormte Baugrößen und Modifikationen. Bei der Steilkegelaufnahme wird über geschliffene kegelförmige Paßflächen durch Einzug des Werkzeughalters in die Spindelwelle ein Reibschluß erzeugt, welcher zur Übertragung des Drehmoments dient. Gleichzeitig wird das Werkzeug in der Spindelwelle über die kegelförmigen Paßflächen zentriert und positioniert.Processing machines are known for the automatic change of tools have a motor spindle with an integrated clamping system, which by spring force Tools clamped and released by pneumatic or hydraulic tools. An important A prerequisite for the automatic tool change is the existence of a suitable interface between the tool and the drive spindle. Known Interfaces for machine tools are the steep taper mount (SK) and others the hollow shaft taper holder (HSK). There are several standardized for both types Sizes and modifications. The steep taper adapter is used for grinding conical mating surfaces by pulling the tool holder into the spindle shaft Friction generated, which serves to transmit the torque. At the same time it will Centered and positioned tool in the spindle shaft over the conical mating surfaces.
Weitere Modifikationen der Spannaufnahmen verfügen über Klauen, welche einen zusätzlichen Formschluß zum Übertragen hoher Drehmomente herstellen. Nachteilig ist, daß es bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung infolge der hohen Drehzahlen bei der Fliehkraft zur Aufweitung des Konus kommt, die nach dem Anhalten der Spindel wieder zurückgeht und zu einer Presspassung führt, so daß das Werkzeug nur unter Schwierigkeiten wieder gelöst werden kann.Further modifications of the clamping fixtures have claws, which one Establish additional positive locking for transmitting high torques. The disadvantage is that it in high-speed machining due to the high speeds of centrifugal force comes to widening of the cone, which decreases after the spindle has stopped and leads to an interference fit, so that the tool is difficult again can be solved.
Kennzeichnend für die HSK-Aufnahmen ist die Plananlage zwischen Werkzeug und Antriebsspindel. Diese Verbindung ist sehr steif und erlaubt sehr hohe Drehzahlen. Characteristic of the HSK recordings is the plan contact between the tool and Drive spindle. This connection is very rigid and allows very high speeds.
Antriebsspindeln mit HSK-Aufnahmen werden deshalb bevorzugt in Maschinen zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingesetzt.Drive spindles with HSK holders are therefore preferred in machines for High speed machining used.
Sowohl die SK als auch die HSK-Aufnahmen erfordern einen komplizierten Aufbau der Antriebsspindeln mit einer Hohlwelle und einem Einzugsmechanismus. Die Fertigung einer Spindel für den automatischen Werkzeugwechsel gestaltet sich deshalb sehr kostenintensiv. Gleichzeitig sind die Aktivelemente des Einzugsmechanismus relativ verschleissanfällig. Weiterhin erhöht sich die Masse, der Außendurchmesser und die Länge der Spindel um ca. 30 bis 50% gegenüber einer Spindel mit einem Voll-Wellenquerschnitt. Entsprechend verschlechtert sich das Masse-Leistungsverhältnis des Spindelantriebs.Both the SK and the HSK recordings require a complicated structure of the Drive spindles with a hollow shaft and a feed mechanism. The manufacture of a The spindle for the automatic tool change is therefore very expensive. At the same time, the active elements of the feed mechanism are relatively susceptible to wear. Furthermore, the mass, the outside diameter and the length of the spindle increase by approx. 30 up to 50% compared to a spindle with a full shaft cross-section. Corresponding the mass-performance ratio of the spindle drive deteriorates.
Bekannt ist des weiteren aus der WO 9847 655 A1 eine Werkzeugmaschine mit einer automatisch arbeitenden Wechselvorrichtung für Bearbeitungswerkzeuge. Die Wechselvorrichtung umfaßt eine Greiferhand und eine Adaptereinrichtung für die Schnittstelle. Die Schnittstelle weist einen Bajonettverschluß auf, der bei Drehung der Werkzeugspindel mit der Adaptereinrichtung mit dem Bajonett verriegelt wird. Für die Steuerung eines automatischen Werkzeugwechsels sind Sensoren erforderlich, die den Aufbau der Wechselvorrichtung aufwendiger gestalten können. Um eine definierte Lage der Antriebsspindel beim Einrasten des Bajonettverschlusses zu ermöglichen, ist eine Regelung für den Antrieb der Spindel erforderlich. Dabei ist das Bearbeitungswerkzeug drehfest zwischen den Backen der Greiferhand gehalten. Nachteilig ist, daß ein Bajonettverschluß als Schnittstelle bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung weniger gut geeignet ist. Ein wichtiges Kriterium ist hier die Steifigkeit der Spindel einschließlich der Werkzeugaufnahme sowie die Steifigkeit der bewegten Maschinenteile, was bei den bekannten Maschinenspindeln eine große Masse voraussetzt.A machine tool with a tool is also known from WO 9847 655 A1 automatic changing device for processing tools. The Exchange device comprises a gripper hand and an adapter device for the Interface. The interface has a bayonet lock, which when the Tool spindle is locked with the adapter device with the bayonet. For the Control of an automatic tool change requires sensors that the Structure of the changing device can be more complex. To a defined location of the A regulation is to enable the drive spindle when the bayonet lock engages required to drive the spindle. The processing tool is non-rotatable held between the jaws of the gripper hand. The disadvantage is that a bayonet lock as Interface is less suitable for high-speed machining. On an important criterion here is the rigidity of the spindle, including the tool holder as well as the rigidity of the moving machine parts, which is the case with the known Machine spindles requires a large mass.
Ganz im Gegensatz dazu fordert die Bearbeitung von komplexen Werkstücken aus leicht zerspanbaren Werkstoffen relativ hohe Vorschubgeschwindigkeiten, wobei hohe Beschleunigungen in den Achsen erforderlich sind. Bei der mehrseitigen Bearbeitung großer Werkstücke in einer Aufspannung sowie bei tiefen Konturen, Freiformflächen und Hinterschneidungen sind außerdem Dreh- und Schwenkachsen erforderlich. Hier sind Masse und Einbauverhältnisse der Antriebsspindel kritische Faktoren. Bei der Bearbeitung derartiger Werkstücke in Verbindung mit einem automatischen Werkzeugwechsel ist der Einsatz der bekannten Antriebsspindeln wegen ihrer relativ großen Masse und ihres großen Platzbedarfs begrenzt.In contrast, the machining of complex workpieces is easy machinable materials relatively high feed rates, high Accelerations in the axes are required. When processing large pages Workpieces in one clamping as well as with deep contours, freeform surfaces and Undercuts are also required for rotary and swivel axes. Here are mass and installation conditions of the drive spindle are critical factors. When editing such Workpieces in connection with an automatic tool change is the use of the known drive spindles because of their relatively large mass and their large space requirement limited.
Die Erfindung bezweckt eine konstruktiv einfache Werkzeugmaschinenanordnung, die einen automatischen Wechsel von Werkzeugen bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung gewährleistet. Darüber hinaus soll die Antriebsspindel wenig Masse aufweisen und einen geringen Platzbedarf erfordern, um eine hohe Leistungsdichte zu gewährleisten.The invention aims at a structurally simple machine tool arrangement, the one automatic change of tools during high-speed machining guaranteed. In addition, the drive spindle should have little mass and one require little space to ensure a high power density.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Bearbeitungsmaschine durch eine Anordnung mit einer Antriebsspindel gelöst, die am abtriebsseitigen Endabschnitt einen Führungsabschnitt mit Rastausnehmungen zum formschlüssigen Arretieren der Antriebsspindel in einer definierten Winkelposition und endseitig einen Spindelzapfen aufweist, der mit einer Schnittstelle für ein Bearbeitungswerkzeug in Form eines Kreiskeilprofils und mit einer Anzahl von mindestens drei Kreiskeilprofilsegmenten ausgebildet ist.According to the invention, the task in a processing machine is achieved by an arrangement solved with a drive spindle, the one on the output end section Guide section with locking recesses for positive locking of the Drive spindle in a defined angular position and a spindle pin at the end having an interface for a processing tool in the form of a Circular spline and with a number of at least three circular spline segments is trained.
Mit Hilfe einer in konzentrischer Form zur Drehachse der Antriebsspindel angeordneten Klemmvorrichtung mit Klemmbacken und Rastelementen ist die Antriebsspindel in einer vorgegebenen Winkelposition arretierbar, wobei das Werkzeug mit einer Greifeinrichtung in Richtung der Achse der Antriebsspindel zuführbar und mit einer definierten rotarischen Bewegung entgegen der Schneidrichtung automatisch kuppelbar beziehungsweise mit einer Drehbewegung in Schneidrichtung entkuppelbar ist. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Spindelwelle der Antriebsspindel als Vollwelle ausgeführt werden, was einen einfachen und raumsparenden Aufbau der Werkzeugmaschine zur Folge hat.With the help of a arranged in concentric form to the axis of rotation of the drive spindle Clamping device with jaws and locking elements is the drive spindle in one predetermined angular position lockable, the tool with a gripping device in Direction of the axis of the drive spindle can be fed and with a defined rotary Movement against the cutting direction can be automatically coupled or with a Rotational movement in the cutting direction can be uncoupled. According to a further embodiment of the Invention, the spindle shaft of the drive spindle can be designed as a solid shaft, what has a simple and space-saving construction of the machine tool.
Die vorgeschlagene Lösung einer massesparenden Bauweise eignet sich infolgedessen besonders für die Bearbeitung von großen und schweren Werkstücken mit tiefen Konturen, Freiformflächen und Hinterschneidungen, bei denen es in der Praxis günstiger ist, die Vorschubbewegungen in das Werkzeug zu legen. Dadurch werden hohe Beschleunigungen in den Achsen der Bearbeitungsmaschine möglich, die zu kürzeren Bearbeitungszeiten führen. Die vorgeschlagen Erfindung eignet sich besonders für das Formstoff-Fräsen für die direkte Herstellung von Formen für Gußteile.The proposed solution of a mass-saving design is therefore suitable especially for machining large and heavy workpieces with deep contours, Free-form surfaces and undercuts where it is cheaper in practice that To place feed movements in the tool. This causes high accelerations in the axes of the processing machine possible, which lead to shorter processing times. The proposed invention is particularly suitable for molding milling for direct Manufacture of molds for castings.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist eine nicht lagegeregelte Antriebsspindel zum Zwecke des Festsetzens in dem Führungsabschnitt eine Anzahl von n Rastausnehmungen auf, die im Winkel von 360°/n versetzt angeordnet sind. Die Rastausnehmungen sind axial oder radial wirkend, beispielsweise Nuten, Nocken oder Kurven mit prismatischen Führungsflanken, die beim Positionieren mit entsprechenden Rastelementen der Klemmeinrichtung zusammenwirken.According to a further embodiment of the invention, a non-position controlled Drive spindle for the purpose of locking in the guide section a number of n Locking recesses, which are arranged offset at an angle of 360 ° / n. The Locking recesses act axially or radially, for example grooves, cams or Curves with prismatic guide flanks, which when positioning with corresponding Interacting locking elements of the clamping device.
Das Arretieren der Spindel kann auf einfache Weise durch den Vorschub der Bearbeitungsmaschine erreicht werden, wobei die Spindel durch axialen Vorschub im Leerlauf ohne Drehmoment in die Rastposition eingedreht wird. Alternativ kann die Spindel langsam drehend mit kleinem Drehmoment in die Rastposition überführt werden.The spindle can be locked in a simple manner by advancing the Processing machine can be reached, the spindle by axial feed in Idle without torque is turned into the rest position. Alternatively, the spindle slowly rotating with small torque in the rest position.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Festsetzen der Antriebsspindel in der Rastposition über eine Klemmvorrichtung mit einer Anzahl von synchron bewegbaren Arbeitszylindern, vorzugsweise mit drei Hydraulik- oder Pneumatikzylindern, welche konzentrisch zur Rotationsachse des Werkzeugs und in Umfangsrichtung in einem gleichmäßigen Winkelabstand versetzt angeordnet sind und radial zur Mittelachse der Klemmvorrichtung wirken. Jeder Arbeitszylinder trägt eine Formbacke mit einem Rastelemente, das formschlüssig mit der jeweiligen Rastausnehmung in dem Führungsabschnitt der Antriebsspindel versperrt werden kann. Die Antriebsspindel kann somit auf eine einfache mechanische Art und Weise in einer vorgeschriebenen Lage festgestellt und in die Werkzeugwechselposition gestellt werden.In a preferred embodiment of the invention, the drive spindle is fixed in the rest position via a clamping device with a number of synchronously movable Working cylinders, preferably with three hydraulic or pneumatic cylinders, which concentric to the axis of rotation of the tool and in the circumferential direction in one uniform angular distance are arranged offset and radially to the central axis of the Clamping device act. Each working cylinder carries a form jaw with one Locking elements that form-fit with the respective locking recess in the Guide section of the drive spindle can be blocked. The drive spindle can thus in a simple mechanical manner in a prescribed position locked and placed in the tool change position.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Antriebsspindel einen Spindelantrieb mit einer Regelung zum Einstellen einer definierten Winkelstellung aufweist. Das Werkzeug ist hierbei mit einer definierten Drehbewegung entgegen der Schneidrichtung automatisch kuppelbar beziehungsweise mit einer Drehbewegung in Schneidrichtung entkuppelbar.According to a further embodiment of the invention it is provided that the drive spindle a spindle drive with a control for setting a defined angular position having. The tool is counter to this with a defined rotary movement Cutting direction can be automatically coupled or with a rotary movement in Cutting direction can be uncoupled.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schnittstelle für die Werkzeugaufnahme des Spindelzapfens die Außenkontur eines Kreiskeilprofils mit Kreiskeilprofilsegmenten aufweist, wobei das Werkzeug eine Nabe mit einer Innenkontur besitzt, die eine an die Außenkontur des Spindelzapfen angepaßte Anzahl von Profilsegmenten mit einem Kreiskeilnutenprofil aufweist. Im Rahmen der Erfindung ist weiter vorgesehen, daß das Werkzeug mit Hilfe des Greifers in Richtung der Drehachse der Antriebsspindel axial zugeführt und gegen die Drehrichtung der Spindelwelle mit einem definierten Drehmoment beaufschlagbar ist. According to an advantageous development of the invention it is provided that the interface for the tool holder of the spindle pin with the outer contour of a circular wedge profile Has circular wedge profile segments, the tool having a hub with an inner contour has a number adapted to the outer contour of the spindle pin Has profile segments with a circular spline. Within the scope of the invention further provided that the tool with the help of the gripper in the direction of the axis of rotation Drive spindle axially fed and against the direction of rotation of the spindle shaft with a defined torque can be applied.
Die Ausgestaltung der Schnittstelle mit einem Kreiskeilprofil mit Kreiskeilprofilsegmenten hat den Vorteil, daß für die Befestigung des Werkzeuges mit dem Greifer eine geringe Schwenkbewegung ähnlich wie bei einem Bajonettverschluß notwendig ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Werkzeugaufnahme mit einfachen Mitteln selbstzentrierend ist. Die Bearbeitungsmaschine kann damit bei hohen Drehzahlen schwingungsfrei und mit geringer Unwucht betrieben werden.The design of the interface with a circular wedge profile with circular wedge profile segments has the advantage that a small amount for fastening the tool with the gripper Swivel movement similar to a bayonet lock is necessary. Another The main advantage is that the tool holder with simple means is self-centering. The processing machine can thus at high speeds be operated vibration-free and with low unbalance.
Der besondere Vorteil einer Kreiskeilverbindung ist darin zu sehen, daß die Werkzeugaufnahme sich selbsthemmend verkeilt und in radialer sowie in axialer Richtung Kräfte übertragen werden können.The particular advantage of a circular wedge connection is that the Tool holder wedged self-locking and in radial and axial directions Forces can be transferred.
Beim automatischen Bearbeiten von Werkstücken kann das Werkzeug mit einer Greifeinrichtung in Richtung der Achse der Antriebsspindel zugeführt und mit einer definierten koaxialen Drehbewegung automatisch gekuppelt oder entkuppelt werden. Schließlich kann die Greifeinrichtung in die Klemmeinrichtung integriert werden. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Wechselgreifer vorgesehen, wobei die Mitnehmer des Drehantriebes der Spannvorrichtung formschlüssig in das Formsegment des Werkzeugs einkuppeln und dieses während des Arretierens und beim Lösevorgang mit einem Drehmoment beaufschlagen.When machining workpieces automatically, the tool can be used with a Gripping device fed in the direction of the axis of the drive spindle and with a defined coaxial rotation can be automatically coupled or uncoupled. Finally, the gripping device can be integrated into the clamping device. After a Further development of the invention, an interchangeable gripper is provided, the drivers of the Rotary drive of the clamping device in a form-fitting manner in the mold segment of the tool engage and this with a while locking and releasing Apply torque.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zu dem Ausführungsbeispiel gehörenden Zeichnungen zeigen inThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The too The drawings belonging to the exemplary embodiment show in
Fig. 1 die Motorspindel einer Bearbeitungsmaschine, Fig. 1, the motor spindle of a machine tool,
Fig. 2 die Antriebsspindel mit Klemmvorrichtung und dem Greifer mit dem Werkzeug, Fig. 2 shows the drive spindle with the clamping device and the gripper with the tool,
Fig. 3 die Anordnung gemäß Fig. 2 nach dem Werkzeugwechsel, Fig. 3 shows the arrangement of FIG. 2 after the tool change,
Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 2 in Rastposition der Antriebsspindel, Fig. 4 shows the arrangement according to Fig. 2 in locking position of the drive spindle,
Fig. 5 die Anordnung nach Fig. 2 beim Ankuppeln des Werkzeugs, Fig. 5 shows the arrangement of FIG. 2 during the coupling of the tool,
Fig. 6 die Seitenansicht einer Werkzeugausführung, Fig. 6 is a side view of a tool execution,
Fig. 7 die perspektivische Ansicht des in Fig. 6 in der Seitenansicht gezeigten Werkzeugs, Fig. 7 is a perspective view of the tool shown in Fig. 6 in side view,
Fig. 8 eine Klemmbacke mit Rastnase, Fig. 8 is a clamping jaw with latching lug,
Fig. 9 eine Klemmbacke mit Rastbolzen, Fig. 9 shows a clamping jaw with locking pin,
Fig. 10 die Seitenansicht eines Werkzeughalters für kleine Bearbeitungswerkzeuge und Fig. 10 is a side view of a tool holder for small machining tools and
Fig. 11 eine perspektivische Darstellung des Werkzeughalters gemäß Fig. 10 in schematischer Darstellung. FIG. 11 shows a perspective illustration of the tool holder according to FIG. 10 in a schematic illustration.
Fig. 1 zeigt stark schematisiert eine Motorspindel 1 mit einer um eine Drehachse 2 angetriebene Antriebsspindel 3, die aus dem Spindelgehäuse herausgeführt ist. Die Antriebsspindel 3 ist an ihrem abtriebsseitigen Endabschnitt 4 mit einem Führungsabschnitt 5 mit Rastausnehmungen 6 versehen, die zum formschlüssigen Arretieren der Antriebsspindel 3 in einer definierten Winkelposition vorgesehen sind. Die definierte Winkelposition ist erforderlich, um ein Bearbeitungswerkzeug, nachfolgend Werkzeug 7, in einer ebenfalls vorgeschriebenen Lage mit der Antriebsspindel 3 fügen zu können. Die Antriebsspindeln 3 werden im wesentlichen nach zwei unterschiedlichen Ausführungen unterschieden, wobei die eine Ausführung mit einer Regelung des Spindelantriebs zum Einstellen einer definierten Winkelstellung versehen ist. Bei der lagegeregelten Antriebsspindel 3 wird die Position der Spindelwelle für den Werkzeugwechsel in die speicherprogrammierbare Steuerung der Maschine programmiert, wobei beim Werkzeugwechsel die Antriebsspindel 3 stets in die entsprechende Position eindreht und mit vollem Drehmoment gehalten wird. Bei einer wesentlich konstengünstigeren Antriebsspindel 3, die keine Lageregelung besitzt, ist es erforderlich, die Winkelposition mit mechanischen Mitteln einzustellen. Fig. 1 shows highly schematically a motor spindle 1 with a driven about a rotation axis 2 of lead screw 3, which is led out of the spindle housing. The drive spindle 3 is provided on its output-side end section 4 with a guide section 5 with latching recesses 6 , which are provided for the positive locking of the drive spindle 3 in a defined angular position. The defined angular position is required in order to be able to join a machining tool, hereinafter tool 7 , in a likewise prescribed position with the drive spindle 3 . The drive spindles 3 are essentially differentiated according to two different versions, one version being provided with a control of the spindle drive for setting a defined angular position. With the position-controlled drive spindle 3 , the position of the spindle shaft for the tool change is programmed into the programmable logic controller of the machine, the drive spindle 3 always turning into the corresponding position and being held at full torque when the tool is changed. In the case of a significantly cheaper drive spindle 3 which has no position control, it is necessary to adjust the angular position by mechanical means.
Zum Festsetzen der Antriebsspindel 3 weist der Führungsabschnitt 5 der Antriebsspindel 3 eine Anzahl n im gleichmäßigen Winkelabstand auf der Mantelfläche versetzt angeordnete axial oder radial wirkende Rastausnehmungen 6, wie Nuten, Nocken oder Kurven mit prismatischen Führungsflanken auf. Die in Fig. 1 erkennbare Rastausnehmung 6 weist eine Nut 8 mit keilförmig divergierenden Flanken 9 auf, die zur Führung eines Rastelements 11 dienen, das in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellt ist. Das Rastelement 11 kann durch eine Rastnase 12 in Fig. 8 oder einen Rastbolzen 13 in Fig. 9 gebildet werden.To fix the drive spindle 3 , the guide section 5 of the drive spindle 3 has a number n of axially or radially acting latching recesses 6 , such as grooves, cams or curves with prismatic guide flanks, which are staggered at a uniform angular distance on the lateral surface. The visible in FIG. 1, recess 6 has a groove 8 with a wedge shape divergent flanks 9 which serve to guide a latch member 11 in Fig. 8 and Fig. 9 is shown. The locking element 11 can be formed by a locking lug 12 in FIG. 8 or a locking pin 13 in FIG. 9.
Der Führungsabschnitt 5 der Antriebsspindel 3 in Fig. 1 wird durch eine wellenabsatzförmige Plananlage 14 begrenzt. In Axialrichtung endseitig ist die Antriebsspindel 3 mit einem Spindelzapfen 15 versehen, der mit einer Schnittstelle für das Werkzeug 7 ausgebildet ist. Das in Fig. 7 beispielhaft ausgeführte Werkzeug 7 weist ein Schneidenteil 16 und ein Nabenteil 17 mit einer über die Breite des Schneidenteils 16 hinausragenden Nabenhülse 18 auf. Die Nabenhülse 18 ist auf der Außenseite mit einer umlaufenden Ringnut 19 versehen, was in Fig. 6 deutlich erkennbar ist. Durch die Ringnut 19 wird ein Ringbund 21 gebildet wird, der im Bereich seiner Stirnseite mit einem axial angeordneten Formelement 23 in Umfangsrichtung unterbrochen wird. Das Formelement 23 kann eine U-förmige Ausnehmung 23' aufweisen, deren Innenflächen 22 leicht konisch gestaltet sind. Rechtwinklig zur Längserstreckung des Ringbundes 21 ist die Nabenhülse 18 mit einer Planfläche 24 abgeschlossen, die an der in Fig. 1 gezeigten Plananlage 14 der Antriebsspindel 3 zur Anlage kommt, wenn das Werkzeug 7 mit der Antriebsspindel 3 gekuppelt ist.The guide section 5 of the drive spindle 3 in FIG. 1 is delimited by a shaft system in the form of a shaft shoulder 14 . End side in the axial direction of the drive spindle 3 is provided with a spindle pin 15 which is formed with an interface for the tool. 7 The tool 7 , shown as an example in FIG. 7, has a cutting part 16 and a hub part 17 with a hub sleeve 18 projecting beyond the width of the cutting part 16 . The hub sleeve 18 is provided on the outside with a circumferential annular groove 19 , which can be clearly seen in FIG. 6. The annular groove 19 forms an annular collar 21 which is interrupted in the circumferential direction in the region of its end face by an axially arranged shaped element 23. The shaped element 23 can have a U-shaped recess 23 ', the inner surfaces 22 of which are slightly conical. At right angles to the longitudinal extent of the annular collar 21 , the hub sleeve 18 is closed with a flat surface 24 , which comes to rest on the flat system 14 of the drive spindle 3 shown in FIG. 1 when the tool 7 is coupled to the drive spindle 3 .
Zum Ankuppeln des Werkzeugs 7 ist eine Greifeinrichtung 25 mit einem Greifarm 26 vorgesehen, was in Fig. 2 und Fig. 3 abgebildet ist. In Fig. 3 ist die Greiferhand 27 mit Greifklauen 28 erkennbar, die in die Ringnut 19 eingreifen. Seitlich der Greifklauen 28 sind Greiffinger 29 erkennbar, die in U-förmige Ausnehmung 23' eingreifen, die im Ringbund 21 der Nabenhülse 18 angeordnet ist. Aus der angegebenen Darstellung ergibt sich, daß auf diese Weise das Werkzeug 7 und die Antriebsspindel 3 in einer definierten Winkelposition beim Werkzeugwechsel gehalten sind, wenn die Rastelemente 11 der Klemmvorrichtung 31 in die Rastausnehmungen 6 der Antriebsspindel 3 und die Greiffinger 29 der Greifeinrichtung 25 in die U-förmige Ausnehmung 23' des Werkzeugs 7 eingreifen. Fig. 2 zeigt die Greifeinrichtung 25 vor dem Werkzeugwechsel, während Fig. 3 die Greifeinrichtung 25 nach dem Werkzeugwechsel zeigt.For coupling the tool 7 a gripping device is provided with a gripping arm 26 provided 25, which is shown in FIG. 2 and FIG. 3. In Fig. 3 the gripper hand 27 with gripping claws 28 can be seen which engage in the annular groove 19 . To the side of the gripping claws 28 are gripping fingers 29 which engage in a U-shaped recess 23 'which is arranged in the collar 21 of the hub sleeve 18 . From the illustration given it follows that in this way the tool 7 and the drive spindle 3 are held in a defined angular position when changing the tool, if the locking elements 11 of the clamping device 31 in the locking recesses 6 of the drive spindle 3 and the gripping fingers 29 of the gripping device 25 in the Engage in the U-shaped recess 23 'of the tool 7 . FIG. 2 shows the gripping device 25 before the tool change, while FIG. 3 shows the gripping device 25 after the tool change.
Im umgekehrten Sinn zeigt Fig. 3 die Greifeinrichtung 25 vor der Entnahme des Werkzeugs 7 aus der Antriebsspindel 3 beziehungsweise Fig. 2 die Entnahme des Werkzeugs 7, was mit ein und derselben Greifeinrichtung 25 vorgenommen werden kann.In the opposite sense, FIG. 3 shows the gripping device 25 before the tool 7 is removed from the drive spindle 3, and FIG. 2 shows the removal of the tool 7 , which can be done with one and the same gripping device 25 .
Aus der gezeigten Darstellung wird außerdem deutlich, daß die Entnahme des Werkzeugs 7 aus der Antriebsspindel 3 eine definierte Winkelstellung erforderlich macht, damit die Greiffinger 29 der Greifeinrichtung 25 in das Formelement 23 eingreifen können. Wenn die Antriebsspindel 3 nicht mit der oben erwähnten Regelung für die Lage ausgerüstet ist, wird eine Klemmeinrichtung 31 vorgesehen, die anhand von Fig. 2 näher erläutert werden soll. Die Klemmeinrichtung 31 weist auf einer Halteplatte 32 eine Durchgangsöffnung 33 auf, die konzentrisch zur der Drehachse 2 der Antriebsspindel 3 beziehungsweise der Rotationsachse des Werkzeugs 7 angeordnet ist. In konzentrischer Form zur Drehachse 2 der Antriebsspindel 3 ist eine Anzahl von synchron betätigbaren Arbeitszylindern 35 angeordnet. It is also clear from the illustration shown that the removal of the tool 7 from the drive spindle 3 requires a defined angular position so that the gripping fingers 29 of the gripping device 25 can engage in the shaped element 23. If the drive spindle 3 is not equipped with the position control mentioned above, a clamping device 31 is provided, which is to be explained in more detail with reference to FIG. 2. The clamping device 31 has a through opening 33 on a holding plate 32 , which is arranged concentrically to the axis of rotation 2 of the drive spindle 3 or the axis of rotation of the tool 7 . A number of synchronously actuatable working cylinders 35 are arranged in a shape concentric with the axis of rotation 2 of the drive spindle 3 .
Als Arbeitszylinder 35 werden vorzugsweise Hydraulik- oder Pneumatikzylinder eingesetzt, welche in Umfangsrichtung in einem gleichmäßigen Winkelabstand versetzt angeordnet sind und radial zur Mittelachse 36 der Klemmeinrichtung 31 wirken. Die Arbeitskolben 37 sind jeweils mit einer Klemmbacke 38 ausgerüstet, die mit einem Rastelement 11 versehen ist. Das Rastelement 11 ist in der gezeigten Darstellung eine Rastnase 12, welche eine etwas geringere Breite wie die in Fig. 1 gezeigte Nut 8 in dem Führungsabschnitt 5 der Antriebsspindel 3 aufweist.Hydraulic or pneumatic cylinders are preferably used as working cylinders 35 , which are offset at a uniform angular distance in the circumferential direction and act radially to the central axis 36 of the clamping device 31 . The working pistons 37 are each equipped with a clamping jaw 38 , which is provided with a locking element 11 . In the illustration shown, the locking element 11 is a locking lug 12 which has a somewhat smaller width than the groove 8 shown in FIG. 1 in the guide section 5 of the drive spindle 3 .
Um einen Werkzeugwechsel vornehmen zu können, befindet sich die Klemmeinrichtung 31 mit der Durchgangsöffnung 33 in konzentrischer Lage zur Drehachse 2 der Antriebsspindel 3, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Arbeitskolben 37 der Arbeitszylindern 35 werden in die pfeilmäßig gekennzeichnete Kolbenrichtung 39 durch Betätigen der Arbeitszylindern 35 bis auf die Tiefe der Nut 8 in der Antriebsspindel 3 vorgeschoben und in dieser Stellung gehalten. Anschließend oder simultan wird der durch den Vorschubpfeil 41 verdeutlichte Vorschub der Antriebsspindel 3 in Betrieb genommen. Dadurch erfolgt gleichzeitig eine gegenseitige axiale und radiale Annäherung der Rastausnehmung 6 mit den Rastelementen 11, die durch die divergierenden Nutflanken 9 bis zum Einrasten der Rastnase 12 in die Nut 8 geführt werden.In order to be able to change the tool, the clamping device 31 with the through opening 33 is in a position concentric with the axis of rotation 2 of the drive spindle 3 , as shown in FIG. 4. The working pistons 37 of the working cylinders 35 are advanced in the arrow-marked piston direction 39 by actuating the working cylinders 35 to the depth of the groove 8 in the drive spindle 3 and held in this position. Then or simultaneously, the feed of the drive spindle 3 , which is indicated by the feed arrow 41 , is put into operation. This results in a mutual axial and radial approach of the locking recess 6 with the locking elements 11 , which are guided through the diverging groove flanks 9 until the locking lug 12 engages in the groove 8 .
Das Eindrehen der Antriebsspindel 3 in die Raststellung kann somit einfach durch axialen Vorschub im Leerlauf ohne Drehmoment der Werkzeugmaschine vorgenommen werden. Soweit erforderlich kann die Antriebsspindel 3 langsam drehend mit kleinem Drehmoment bewegt werden, wobei eine Endabschaltung erforderlich ist.The drive spindle 3 can thus be screwed into the detent position simply by axial feed in idle mode without torque of the machine tool. If necessary, the drive spindle 3 can be rotated slowly with a small torque, an end stop being required.
Nach dem Einfahren der Antriebsspindel 3 können in der Raststellung die zum Werkzeugwechsel erforderlichen Drehmomente übertragen werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Werkzeugmaschinen, wird das Drehmoment nicht mit der Antriebsspindel 3, sondern mit der Greifeinrichtung 25 für das Werkzeug 7 bewerkstelligt, wodurch das Drehmoment wesentlich einfacher regelbar und einstellbar ist. Eine übermäßige Beanspruchung der Werkzeugwechselvorrichtung ist aus diesem Grunde ausgeschlossen.After the drive spindle 3 has been retracted, the torques required for the tool change can be transmitted in the detent position. In contrast to conventional machine tools, the torque is not achieved with the drive spindle 3 but with the gripping device 25 for the tool 7 , as a result of which the torque can be regulated and adjusted much more easily. For this reason, excessive stress on the tool changing device is excluded.
Zum Werkzeugwechsel wird das Werkzeug 7 mit der Greifeinrichtung 25 gemäß Fig. 4 in die pfeilmäßig gekennzeichnete Achsrichtung 42 der Antriebsspindel 3 zugeführt, bis mit der Planfläche 24 des Werkzeugs 7 die Plananlage 14 der Antriebsspindel 3 erreicht ist, was in Fig. 5 zeichnerisch verdeutlicht ist. Das automatisch Kuppeln des Werkzeugs 7 erfolgt mit einer definierten Drehbewegung 43 entgegen der Schneidrichtung beziehungsweise mit einer Drehbewegung 44 in Schneidrichtung, wenn das Werkzeug 7 abzukuppeln ist. Die zum Kuppeln erforderlichen Drehmomente werden hierbei nicht durch die Antriebsspindel 3 übertragen, sondern mit der Greifeinrichtung 25 vorgegeben, was insbesondere bei kleinen Spindelabmessungen von Bedeutung ist. Die Antriebsspindel 3 kann somit eine leichte Bauweise und eine geringe Masse aufweisen.To change the tool, the tool 7 is fed with the gripping device 25 according to FIG. 4 in the axis direction 42 indicated by the arrow in the drive spindle 3 until the flat surface 24 of the tool 7 reaches the flat contact 14 of the drive spindle 3 , which is illustrated in FIG. 5 . The tool 7 is automatically coupled with a defined rotary movement 43 against the cutting direction or with a rotary movement 44 in the cutting direction when the tool 7 is to be uncoupled. The torques required for coupling are not transmitted by the drive spindle 3 , but rather are predefined with the gripping device 25 , which is particularly important in the case of small spindle dimensions. The drive spindle 3 can thus have a light construction and a low mass.
Um eine drehfeste Vereinigung der Antriebsspindel 3 mit dem Werkzeug 7 zu gewährleisten, ist diese an ihrem abtriebsseitigen Endabschnitt 4 mit einem Spindelzapfen 15 versehen, der als Schnittstelle für das Werkzeug 7 ausgebildet ist. Die Schnittstelle des Spindelzapfens 15 weist die Außenkontur eines Kreiskeilprofils 45 mit mindestens drei Kreiskeilprofilsegmenten 46 in Umfangsrichtung auf, was in Fig. 1 erkennbar ist. Das in Fig. 7 gezeichnete Werkzeug 7 weist in der Nabenbohrung 47 eine Innenkontur mit mindestens drei Kreiskeilnutsegmenten 48 auf, die aus Kreiskeilnuten 49 gebildet sind. Eine Kreiskeilverbindung ist an sich bekannt und braucht an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt werden.In order to ensure a rotationally fixed union of the drive spindle 3 with the tool 7 , this is provided on its output-side end section 4 with a spindle pin 15 which is designed as an interface for the tool 7 . The interface of the spindle pin 15 has the outer contour of a circular wedge profile 45 with at least three circular wedge profile segments 46 in the circumferential direction, which can be seen in FIG. 1. The tool 7 shown in FIG. 7 has an inner contour in the hub bore 47 with at least three circular spline segments 48 which are formed from circular splines 49 . A circular wedge connection is known per se and does not need to be explained further at this point.
Die Kreiskeilverbindung mit Kreiskeilprofilsegmenten 46, 48 hat den Vorteil, daß das Werkzeug 7 mit Hilfe des Greifarms 26 gegen oder in Drehrichtung der Antriebsspindel 3 mit einer Rotationsänderung in einem Winkelbereich kleiner als 120° kuppelbar und mit einem definierten Drehmoment beaufschlagbar ist. Eine Vereinfachung der Anordnung zum Werkzeugwechsel kann dadurch erreicht werden, daß die Klemmeinrichtung 31 und die Greifeinrichtung 25 in einen gemeinsamen Wechselgreifer integriert sind, was zeichnerisch nicht weiter ausgeführt ist.The circular wedge connection with circular wedge profile segments 46 , 48 has the advantage that the tool 7 can be coupled with the aid of the gripping arm 26 against or in the direction of rotation of the drive spindle 3 with a change in rotation in an angular range less than 120 ° and can be acted upon with a defined torque. A simplification of the arrangement for changing tools can be achieved in that the clamping device 31 and the gripping device 25 are integrated in a common changeable gripper, which is not shown in the drawing.
Der Werkzeugwechsel kann bei einer Werkzeugmaschine auf kleinstem Raum bei geringer Baugröße realisiert werden. Neben der konstruktiven Vereinfachung und der Leistungssteigerung zeichnet sich die Erfindung durch eine Unempfindlichkeit gegenüber nicht-schmierenden oder abrasiv wirkenden Bearbeitungsrückständen aus, die insbesondere bei der Bearbeitung von Formstoffen bei der Herstellung von Formen für die Produktion von Gußteilen entstehen können. Damit bei kleiner Baugröße und geringem Gewicht Werkzeuge 7 mit geringen Werkzeugabmessungen eingesetzt werden können, ist ein in Fig. 11 gezeichneter Werkzeughalter 51 vorgesehen, der mit einer Nabe 52 und einer im oberen Teil der Nabe 52 umlaufenden Ringnut 19 ausgebildet ist, wobei die Ringnut 19 mit einem Formelement 23 in der oben beschriebenen Weise unterbrochen ist. Die Innenkontur der Nabe 52 ist mit den Kreiskeilnutsegmenten 48 ausgebildet. In Werkzeugrichtung weist der Werkzeughalter 51 nach Fig. 10 einen Hohlschaft 53 zur Aufnahme eines Werkzeugschaftes 54 auf, der in der vorliegenden Zeichnung strichpunktiert angedeutet ist. Mit Hilfe des Werkzeughalters 52 können sehr kleine Werkzeuge 7 mittels der Greifeinrichtung 25 in den automatischen Werkzeugwechsel einbezogen werden. Dadurch kann der Werkzeugwechsel von Hand vermieden werden.The tool change can be implemented in a machine tool in a small space with a small size. In addition to the simplification of the construction and the increase in performance, the invention is distinguished by an insensitivity to non-lubricating or abrasive processing residues, which can arise in particular in the processing of molding materials in the production of molds for the production of castings. So that tools 7 with small tool dimensions can be used with a small size and low weight, a tool holder 51 shown in FIG. 11 is provided, which is formed with a hub 52 and an annular groove 19 running in the upper part of the hub 52 , the annular groove 19 is interrupted with a shaped element 23 in the manner described above. The inner contour of the hub 52 is formed with the circular keyway segments 48 . In the tool direction, the tool holder 51 according to FIG. 10 has a hollow shaft 53 for receiving a tool shaft 54 , which is indicated by dash-dotted lines in the present drawing. With the help of the tool holder 52 , very small tools 7 can be included in the automatic tool change by means of the gripping device 25 . This allows manual tool changes to be avoided.
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