DE2148586A1 - Einrichtung zum selbsttaetigen Werkzeugwechsel in Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Einrichtung zum selbsttätigen Werkzeugwechsel in Werkzeugmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum selbsttätigen Werkzeugwechsel in Werkzeugmaschinen, und zwar in erster Linie für Bohrmaschinen, die für einen weiteten Bereich von Maschinen geeignet ist, die es ermöglicht, eine praktisch unbegrenzte Zahl von Werkzeugen zu speichern und die an die verschiedenen Methoden der Werkzeugwahl anpaßbar ist.

Die Notwendigkeit, ein Werkstück vollständig zu bearbeiten, nachdem es auf dem Maschinentisch aufgespannt ist, insbesondere auf einem Tisch einer Bohrmaschine, erfordert eine beträchtliche Anzahl von Werkzeugen. Hierfür wurde ein Werkzeugmagazin in der Form einer Rollenkette mit einer hohen Aufnahmefähigkeit und der Möglichkeit einer fast unbegrenzten Vergrößerung der Zahl der Werkzeugstellungen entwickelt.

Die selbsttätige Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht die Werkzeugauswahl nach zwei Verfahren,nach dem Folgeverfahren, bei dem Werkzeuge im Magazin in der Anordnung gespeichert sind, in der sie benutzt werden sollen, was vor allem für die Bearbeitung kleinerer Werkstücke mit einem relativ

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kurzen Arbeitszyklus in Frage kommt, oder nach dem Verfahren der Auswahl nach einem Programm, in erster Linie für die Bearbeitung von komplexen Werkstücken beträchtlicher Größe, bei dem die Werkzeuge unabhängig von ihrer Lage im Speicher ausgewählt werden, um zu vermeiden, daß das Magazin die gleichen Werkzeuge in verschiedenen Stellungen enthält.

Es ist zwar eine Reihe von Einrichtungen zur selbsttätigen Werkzeugwahl bekannt, aber sie ermöglichen keinen schnellen Wechsel, um die Stillstandszeiten der Maschine so klein wie möglich zu halten und gleichzeitig die programmierte Werkzeug— auswahl zu treffen.

Die selbsttätige Einrichtung gemäß der Erfindung löst dieses Problem dadurch, daß der größte Teil der Bewegungen des Systems, die erforderlich sind, um das neue Werkzeug auszuwählen, zu ergreifen und es in eine Stellung zur Verbindung mit der Spindel zu bringen, wie auch die Wegführung und Speicherung des Werkzeuges im Magazin, durchgeführt wird, während die V/erkzeugmaschine die Bearbeitungsvorgänge am Werkstück durchführt, " so daß die Zeiten, in denen die Maschine stillgesetzt werden muß,nur auf die Vorgänge des Heranbringens und des Wechsels des Werkzeuges an der Spindel beschränkt sind.

Das wird gemäß der Erfindung in erster Linie durch einen beweglichen Übettragungsarm erreicht, der mit zwei Spannbacken versehen ist, eine zur Entnahme des Werkzeuges aus dem Magazin und die andere zur Rückgabe an das Magazin, so daß die Einführung des neuen Werkzeuges in den Spindelkonus unmittelbar

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nach der Entfernung des vorangehenden Werkzeuges erfolgt. Sobald sich der Übertragungsarm wegbewegt, kann die Maschine die Bearbeitung wieder aufnehmen.

Die selbsttätige Einrichtung gemäß der Erfindung umfaßt eine Werkzeughaltekette, einen beweglichen Übertragungsarm, der drei rechtwinklig zueinander verlaufende Bewegungen ausführt, und zwei Spannbacken, von denen der eine das Werkzeug aus der Kette entnimmt und der andere es an die Kette zurückliefert.

Die Erfindung sei an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert, das jedoch ώη den Einzelheiten nicht verbindlich ist. Es zeigen:

Fig.l eine Frontansicht einer selbsttätigen Werkzeugwechseleinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab eine Ansicht des beweglichen ' Armes mcfat den beiden Spannbacken in der Wartestellung in der Nähe der Werkzeugmaschinenspindel,

Fig.3 eine Ansicht unter 90° gegenüber den Fig.l und 2.

Die Werkzeughaltekette ist ähnlich einer normalen Rollenkette mit großen Rollen mit Laschen 1 und Rollen 2, diese mit konischem Innensitz zur Anpassung an das Werkzeug 3. Die Kette wird durch Kettenräder 4 durch ein ölhydraulisches System 5 mit schnellet und genauer Einstellung bei jedem Schritt angetrieben. Für die Foffige- Werkzeugauswahl kann die Kette nur in einet Umfangsrichtung laufen, bei programmierter Auswahl kann sie in beiden Richtungen laufen. Die Kettenteilung und damit der Abstand zwischen den Werkzeugen ist so gewählt, daß er für die meisten normalen Werkzeuge ausreicht (etwa 140 mm).

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Jedoch ist für Werkzeuge größerer Abmessungen die Möglichkeit vorgesehen, benachbarte Plätze freizulassen, ohne zu Programmanderungen gezwungen zu sein. Die Anordnung der Werkzeughaltekette ist so gewählt, daß Änderungen in der Zahl der Laschen möglich sind, d.h. um die Aufnahmefähigkeit des Magazins zu vergrößern, daß der Raum vor der Maschine für den Bedienungsmann nicht geändert wird, daß die Grundfläche verkleinert wird, daß die Arbeitsgänge des Ladens, Entladens und Zurückführen der Werkzeuge zur Kette während der Einstellung der Maschine erleichtert wird und daß schließlich die Kette nicht dem Werkstück in den Weg kommt, unabhängig von dessen Größe,

Der bewegliche Arm hat folgende Aufgaben: Übertragung des Werkzeuges von der Haltekette zur Maschinenspindel, Erfüllung der Forderungen für die Abgabe des Werkzeuges an die Spindel in jeder beliebigen Stellung des senkrechten Hubes des Spindelkopfes und zwar ohne Leerhub für die geforderte Stellung, Ausführung einer schnellen Bewegung zur Verkürzung der Ruhezeit, Möglicht keit einer Überlappung des größten Teiles der Werkzeugbewegung und der Verbindungsstufen mit den Arbeitsstufen am Werkstück, geringste Beeinflussung des Aufbaues und der übrigen Teile der Bohrmaschine und gute Übersichtsmöglichkeit für den Bedienungsmann.

Der bewegliche Arm ist am Querhaupt 6 der Säule 7 verankert. Er besitzt eine waagerechte Führung 8 für eine erste waagerechte Bewegung X (Fig.l) senkrecht zur Achse der Spindel 9

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-5-.für die Bewegung von der Kette und der Spindel 9 weg und auf sie zu. Außerdem besitzt der Atm eine senkrechte Führung IO für eine zweite senkrechte Y.,(Fig.l) zur Übertragung der Werkzeuge von der Kette zur Spindel und umgekehrt. In gleicher Richtung ist die Baueinheit 11 der Spannbacken bezüglich der Führung 10 durch einen ölhydraulischen Zylinder 12 bewegbar, um abwechselnd die eine oder andere Spannbacke zum Fluchten mit der Spindel 9 zu bringen. Schließlich führt der bewegliche Arm noch eine dritte Bewegung Z (Fig.3) parallel zur Spindelachse aus, um die Werkzeuge entweder in das Futter 13 an der Spindel 9 oder in den Konus der Rolle 2 der Magazinkette einzuführen.

Die beiden Spannbacken sind an der Baueinheit 11 montiert.Die obere Spannbacke A bewirkt immer die Entnahme eines neuen Werkzeuges aus der Kette und das Einsetzen in das Spindelfutter, während die untere Spannbacke B immer die Entnahme des gebrauchten Werkzeuges aus dem Futter und seine Speicherung in der Magazinkette bewirkt. Die beiden Spannbacken werden durch ölhydraulische Zylinder 14 und 15 selbsttätig geöffnet und geschlossen.

Das Wergzeug wird am Flansch eines normalen Kegels (ISO 50) gefaßt, an dem einige kleine Änderungen vorgenommen sind, z.B. ein Umfangsschlitz mit zwei Bezugsbohrungen und eine Ausnehmung im Schaft. Die beiden Spannbacken haben für evtl. größere Werkzeuge einen Abstand voneinander entsprechend der doppelten Kettenteilung (280 mm bei einer Kettenteilung von 140 mm).

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Der Arbeitskreis einer Einrichtung gemäß der Erfindung verläuft folgendermaßen:

l.Die Ausgangsstellung des Arbeitskreises wird an einem veränderbaren Punkt des senkrechten Hubes des beweglichen Armes festgelegt, wobei die Spannbacke A das Werkzeug für den ersten BearbeitungsVorgang hält. Der Punkt des senkrechten Hubes ist veränderbar, da das Ende des vorangehenden Ar— beitsganges durch den Bedienungsmann an einem Punkt bestimmt wurde, der je nach der Werkstückgröße so nahe wie möglich der Werkzeugspindel entsprechend der Werkstückgröße liegt, um so weit wie möglich die Stufen des Arbeitskreises, die der Bearbeitungszeit überlagert sind, zu vergrößern.

2. Am Ende der Bearbeitung bewegt der Tisch sich von der Spindel weg, deren Drehung angehalten wird. Die Spindel wird in die geeignete Stellung eingestellt, während der bewegliche Arm eine Abwärtsbewegung zu der Stellung beginnt, die vorher von der Spindelachse eingenommen wurde.

ψ 3.Die Spannbacke B ergreift das Werkzeug, das den vorangegangenen Arbeitsgang beendet hatte und zieht es aus dem konischen Spindelfutter heraus.

4. Der bewegliche Arm bewegt sich weiter abwärts, um die Spannbacke A an die Stelle zu bringen, in der sie das neue Werkzeug in das Spindelfutter einsetzt, in dem es dann eingespannt wird.

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5. Der bewegliche Arm bewegt sich von der Spindel weg und dann aufwärts zur Kette, während die Spindel einen neuen Bearbeitungsvorgang beginnt.

6, Die beiden Spannbacken kommen in die Nähe der Kette. Spannbacke B gibt das bereits gebrauchte Werkzeug in den Speicher, während Spannbacke A das Werkzeug entnimmt, das für den nächstfolgenden Arbeitsgang gebraucht wird.

7.Schließlich bewegt sich der bewegliche Arm wieder abwärts zur Ausgangsstellung und erwartet den nächsten Wechsel, während die Kette um einen Schritt weitergeschaltet wird.

Aus der Beschreibung ist ersichtlich, daß das durch die Werfceughaltekette gebildete Magazin unabhängig von der Einrichtung zur Übertragung ist, die durch den beweglichen Arm und die Spannbacken gebildet ist^Während der Stillstandszeit der Maschine werden nur die Schritte der Annäherung an die Spindel, der Werkzeugwechsel in der Spindel und die Rückkehr zur Wartestellung ausgeführt, während alle anderen Schritte, Übertragung, Speicherung in der Kette, Entnahme aus der Kette vor sich gehen, während die Maschine arbeitet und infolgedessen die Bearbeitungszeit nicht beeinträchtigen.

Die Werkzeuge können in der Kette im wesentlichen nach drei Methoden angeordnet werden, entsprechend den beiden Typen der Werkzeugwahl.

1. Die Werkzeuge liegen in der Kette in der Reihenfolge ihrer Verwendung. Die Kette schaltet, ausgehend vom ersten Werkzeug

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jeweils um einen Schritt weiter. In diesem Falle brauchen weder die Werkzeuge noch die Lage der Werkzeuge in der Kette programmiert zu werden. Das Maschinenprogramm gibt nur das Kommando zum Werkzeugwechsel ohne jede ande*re Angabe. Es ist das die bereits erwähnte Folgewahl.

2. Die Werkzeuglagen in der Kette sind so programmiert, daß sich in jeder Stellung ein bestimmtes Werkzeug befindet und jeder Programmwechsel eine Nummer entsprechend der Stellung des

k benötigten Werkzeuges gibt, wobei die Kette eine Bewegung von mehreren Schritten ausführt, bis das benötigte Werkzeug zum Entnahmepunkt gekommen ist. Das ist die programmierte Auswahlmethode.

3. Jedes Wetkzeug kann durch einen eigenen Code identifiziert werden und ist in einer nichtcodierten Stellung in der Kette. Auch diese Methode,obgleich sie einige Schwierigkeiten in der praktischen Durchführung des Werkzeugwechsels hat, fällt als Arbeitsweise unter die vorgehende programmierte Stellungs— auswahl.

Unter den Begriff "Bohrmaschine" fallen alle Bearbeitungswerkzeuge mit einem Schaft, der in ein Futter an der Spindel einspannbar ist.

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Claims (8)

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   Patentansprüche:

   ( 1.)Einrichtung zum selbsttätigen Werkzeugwechsel in einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß einem als bewegbare Kette ausgebildeten Werkzeugspeicher ein in drei senkrecht zueinander stehenden Richtungen bewegbarer Übertragungsarm zugeordnet ist und der Übertragungsarm zwei Spannbacken ( A,B) aufweist, deren einer zur Entnahme der Werkzeuge axs dem Speicher (1,2), der andere zu ihrer Zurückbringung in den Speicher dient.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkette eine Rollenkette ist, deren Rollen (2) konische Sitze zum Einsetzen der Werkzeugschäfte aufweisen.
3. 3.Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkette (1,2) unabhängig vom beweglichen Arm und den Spannbacken (A,B) bewegbar ist.
4. 4,Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette für in der Bearbeitungsreihenfolge gespeicherte Werkzeuge in einer Richtung bewegbar ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkette für die programmierte Auswahl der Werkzeuge in beiden Richtungen bewegbar ist. 6.Einrichtung nach einem oder mehreren der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (A,B) auf einem Tragarm (11) angeordnet sind, der gegenüber dem beweglichen Arm gleitbar ist, und daß der den Werkzeugkegel aufnehmende Konus eine Umfangsnut mit Bezugsbohrungen und eine Nut auf dem Schaft aufweist.
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7. 7.Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Spannbacken (A) zur Entnahme eines Werkzeuges aus der Speicherkette und zur Einführung in das Spindelfutter, die untere Spannbacke (B) zum Abziehen des Werkzeuges aus dem Spindelfutter und zur Einlage in die Speicherkette dient.
8. 8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Bewegungen ölhydraulische Antriebe dienen, die nach dem nummerischen Programm der Werkzeugmaschine gesteuert werden.

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