DE3116023A1

DE3116023A1 - "mehrfunktions-werkzeugmaschine"

Info

Publication number: DE3116023A1
Application number: DE19813116023
Authority: DE
Inventors: James 54935 Fond du Lac Wis. Nelson
Original assignee: Giddings and Lewis LLC
Current assignee: Giddings and Lewis LLC
Priority date: 1980-04-22
Filing date: 1981-04-22
Publication date: 1982-03-11
Also published as: FR2480659A1; JPS6044101B2; GB2074908B; US4384397A; JPS571637A; GB2074908A; FR2480659B1

Description

Pa4entan*Älfs?-:D.ip\l-ϊϊιg.Curt Wallach

'"]""/ " "Dip"!.-Trig. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: _{22> April 1g8i} Unser Zeichen:

17 190 - Fk/Vi

Giddings & Lewis, Inc.

142 Doty Street

Fond du Lac, Wisconsin 54935

U.S.A.

Mehrfunktions-Werkzeugmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrfunktions-Werkzeugmaschine allgemein und insbesondere auf eine Mehrfunkt ions-Werkzeugmas chine, die auch als Bearbeitungszentrum für maschinelle Bearbeitung bekannt ist. Derartige Werkzeugmaschinen können eine Vielzahl von maschinellen Bearbeitungsvorgängen ausführen, beispielsweise Lochbohren, Senkbohren und Fräsen sowie Gewindeschneiden, wobei diese Betriebsfunktionen unter einer numerischen Steuerung ausgeführt werden. Derartige Werkzeugmaschinen weisen üblicherweise automatische Werkzeugwechselvorrich*- tungen auf, die ebenfalls durch die numerische Steuerung betätigt werden. Derartige Werkzeugmaschinen sind beispielsweise aus der US-Patentschrift 4 196 506 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine dieser Art zu schaffen, die sowohl in JBOrm einer Werkzeugmaschine mit vertikaler als auch mit horizontaler Hauptspindel ausgebildet sein kann und eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung mit verbesserter Konstruktion, Zuverlässigkeit und verbessertem Wirkungsgrad aufweist, ohne daß die Verwendung von speziellen Werkzeughaltern oder dergleichen erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs Λ gegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann in Form einer

Werkzeugmaschine mit sowohl vertikaler als auch horizontaler Hauptspindel ausgebildet sein und weist eine Werkzeugwechselvorrichtung mit verbesserter Konstruktion, mit vergrößertem Wirkungsgrad und erhöhter Zuverlässigkeit auf. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine verwendet die Konusschaft-Werkzeughalter, wie sie allgemein üblich sind, wobei eine vorhandene Konstruktion für den Eingriff mit einer kraftbetätigten Spannstange verwendet wird, um die Werkzeughalter während des Werkzeugwechsels sicher festzuhalten.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Werkzeugmaschine kompakte und schnell wirkende kraftbetätigte Spannstangenmechanismen zur lösbaren Befestigung eines Werkzeughalters in der Schwenkspindel und der kraftbetriebenen Hauptspindel auf.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine verwendet eine Schwenkspindel zur Überführung eines Werkzeuges zwischen der Werkzeugspeichermatrix und dem Werkzeugwechselarm.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Werkzeugausriehteinrichtungen auf der Schwenkspindel und an dem Werkzeugwechselarm vorgesehen, die gleichzeitig mit der Ausrichtungsnut eines einzigen Werkzeughalters in Eingriff kommen können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Mehrfunktions-Werkzeugmaschine, aus der eine Ausführungsform der Werkzeugwechselvorrichtung erkennbar ist,

Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise weggekrochen dargestellte vertikale Schnittansicht durch den Spindelkasten und die Werkzeugspeichermatrix der Werkzeugmaschine nach Fig. 1 entlang der Ebene der Linie 2-2 nach Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere vergrößerte vertikale Schnittansicht durch die Schwenkspindelhalterung der Maschine entlang der Ebene der Linie 3-3 nach Fig. 2,

Fig. 4· eine vergrößerte, weggebrochen dargestellte vertikale Schnittansicht durch die Schwenkspindel in der Ebene der Linie 4—4- nach Fig, 3»

Fig. 5 eine vergrößerte Draufsicht auf den Schwenkspindelmechanismus in der Ebene der Linie 5-5 nach Fig. 4-,

Fig. 6 eine vergrößerte Draufsicht, die eine Ausführungsform des Matrix-Klemm- und -Freigabemechanismus in der Ebene der Linie 6-6 nach Fig. 2 zeigt,

Fig. 7 eine bruchstückhafte, weggebrochen dargestellte vertikale Schnittansicht durch den Matrix-Klemm- und -Freigabemechanismus in der Ebene der Linie

7-7 nach pig. 6,

I¹Ig. 8 eine bruehstückhafte vertikale Schnittansicht durch einen Werkzeughalter und seinen Matrix-Klemm- und -Freigabemechanismus in der Ebene der Linie 8-8 nach Fig. 7,

Fig. 9 eine weitere vergrößerte bruchstückhafte Ansicht durch den Schwenkspindel- und Matrixteil nach Pig. 2,

Fig. 10 eine bruchstückhafte horizontale Schnittansicht durch einen Teil des Spindelkastens in der Ebene der Linie 10-10 nach Fig. 2,

Fig. 11 eine bruchstückhafte vertikale Schnitt ansicht, die einen Teil des Antriebs für die Drehung des Werkzeugwechselarms deutlicher zeigt, wobei dieser Schnitt in die Ebene der Linie 11-11 nach Fig. 10 gelegt ist,

Fig. 12 eine weitere vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht durch den Wechselarm und seine Halterungswelle und den Antriebsmechanismus in der Ebene der Linie 12-12 nach Fig. 10,

Fig. 13 eine bruchstückhafte horizontale Schnitt ansicht durch den Werkzeugwechsel arm in der Ebene der Linie 13-13 nach Fig. 2,

Fig. 14 eine weggebrochen dargestellte vertikale Schnittansicht durch den Werkzeugwechselarm in der

-/t/ι.

Ebene der Linie 14-14 nach Fig. 13,

Fig. 15 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Kehrfunktions-Werkzeugmaschine, die einen weiteren Grundgedanken der Erfindung erkennen läßt,

Fig. 16 eine vergrößerte, "bruchstückhafte horizontale Schnittansicht durch die Achsen der kraftangetriebenen Spindel und der Schwenkspindel in der Ebene der Linie 16-16 nach Fig. 15,

Fig. 17 eine vergrößerte, bruchstückhafte, teilweise geschnittene Draufsicht auf den Werkzeugwechselarm und seinen axialen Antrieb in der Ebene der Linie 17-17 nach Fig. 15,

Fig. 18 eine vergrößerte bruchstückhafte, teilweise vertikal geschnittene Draufsicht des Drehantriebs des Werkzeugwechselarms in der Ebene der Linie 18-18 nach Fig. 16.

Die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, die in vielfältiger Weise im Rahmen der Erfindung modifizierbar sind.

Im folgenden wird zunächst der allgemeine Aufbau einer Ausführungsform der Mehrfunktions-Werkzeugmaschine mit vertikaler Spindel beschrieben.

Wie dies aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, bildet die

dort dargestellte Mehrfunktions-Werkzeugmaschine ein Werkzeugmaschinenzentrum für eine maschinelle Bearbeitung, die vielfältige Formen annehmen kann. Die Mehrfunktions-Werkzeugmaschine 20 schließt eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung 21 ein. Die Werkzeugmaschine 20 ist eine Werkzeugmaschine mit vertikaler kraftangetriebener Hauptspindel und ist in diesem Fall auf dem Boden gelagert. Die Werkzeugmaschine kann Lochbohr-, Senkbohr-, Fräs- und Gewindeschneidoperationen sowie einen automatischen Werkzeugwechsel unter einer numerischen Steuerung durchführen.

Die Werkzeugmaschine 20 verwendet eine horizontale Basis oder Führungsbahn 22, die auf einem geeigneten Fundament 24 gehaltert ist. Sie schließt einen Schlitten 26 ein, der auf (nicht gezeigten) Wälzlagerrollen und Führungen auf der Führungsbahn 22 für eine Bewegung in !Längsrichtung der Führungsbahn gelagert ist, sowie einen Querschlitten 28, der durch (nicht gezeigte) Wälzlagerrollen und Führungen 29 auf dem Schlitten 26 für eine Bewegung entlang einer Achse gelagert ist, die senkrecht zur Längsachse der Führungsbahn verläuft. Ein Ständer 30 ist senkrecht stehend auf dem Querschlitten 28 befestigt und mit vertikalen Führungen 31 ausgebildet, die den vertikal verschiebbaren Spindelkasten 32 lagern.

Der Spindelkasten 32 weist eine vertikal angeordnete kraftangetriebene Werkzeugspindel 33 auf, die in dem Spindelkasten mit Hilfe der üblichen Wälzlager gelagert ist. Die Spindel 33 weist eine einen geeigneten Konus aufweisende Buchse 34- zur Aufnahme und für den Eingriff der Konusschäfte üblicher im Handel erhältlicher

Werkzeughalter auf, die für spanabhebende Bearbeitungen verwendet werden.

Ein typischer Werkzeughalter 35» wie er bei der Werkzeugmaschine 20 verwendet wird, ist in Fig. 1a gezeigt. Der Werkzeughalter 35 weist einen Hauptteil 36 auf, in dem ein Schneidwerkzeug T sicher eingeklemmt ist, und er weist weiterhin einen Umfangs-Greifflansch 39 auf, der mit zwei diametral gegenüberliegenden Antriebskeilnuten 40 versehen ist. Der Werkzeughalter schließt weiterhin einen Präzisions-Konusschaft 41 ein, der in die daran angepaßte Buchse 34 in der Spindel 33 paßt. Ein sich verjüngender Knopf 44 ist am Ende des Werkzeughalters ausgebildet und kann mit den Spannfingern einer kraftbetriebenen Spannzange in Eingriff kommen. In diesem Fall weist die Spindel 33 eine hydraulisch kraftbetätigte Spannstange 37 auf, die ein Spannfingersystem 38 verwendet. Dieses Spannfingersystem kann beispielsweise von der Art sein, wie es in der US-Patentschrift (US-Patentanmeldung 125 860 vom 29. Februar 1980) beschrieben ist.

Die automatische Werkzeugwechselvorrichtung 21 der Werkzeugmaschine 20 weist eine Werkzeugspeichermatrix 45, die an dem Ständer befestigt ist, eine an der Matrix befestigte Schwenkspindel 46 sowie einen an dem Spindelkasten befestigten zweiseitigen Werkzeugwechselarm 48 auf. Der Werkzeugwechselarm 48 kann sich in Axialrichtung in einer Richtung parallel zur Drehachse der Spindel 34 bewegen und in Ebenen senkrecht zur Achse der Spindel verdreht werden. Seine Funktion besteht darin, Werkzeuge zwischen der Schwenkspindel 46 und der kraftgetriebenen Spindel 34 zu überführen.

Betriebsleitungen für elektrische Betriebsleistung und Steuersignale, für Hydraulikleistung und für Luft werden in der Werkzeugmaschine über eine flexible Kabelwanneneinheit 4-9 zugeführt, die mit dem Querschlitten 28 verbunden ist.

Ein Werkstückspanntisch 50 ist vor der Werkzeugmaschine 20 befestigt und mit einer Anzahl von T-rSchlitzen zur Befestigung eines Werkzeugs ausgebildet. Der Werkstückspanntisch kann vom festen oder vom rotierenden Typ sein. Im letzteren Fall würde der Werkstückspan ritisch eine in verschiedene Drehstellungen bringbare Platte einschließen, die verschiedene Seiten eines Werkstückes in Eingriff mit den Schneidwerkzeugen bringen könnte, um die Rüstzeit so weit wie möglich zu verringern.

Karussell-Werkzeugspeichermatrix

Die Werkzeugspeichermatrix 4-5 (Fig. 1, 2 und 6 bis 9) ist vom Karussell-Typ und enthält in diesem Pail vierzig Werkzeughalter mit ihren zugehörigen Schneidwerkzeugen. Sie weist einen Matrix-Haltearm 51 auf, der ein großes plattenförmiges Schweißteil sein kann, das mit dem Ständer 30 verschraubt oder auf andere Weise starr verbunden ist. An dem Matrix-Halte arm 51 sind zwei Trommeln 52, 54-drehbar gelagert, die um horizontale Achsen in einer gemeinsamen vertikalen Ebene drehbar sind, die mit Abstand von der Seite des Ständers und außerhalb von diesem angeordnet sind. Ein endloser flexibler Träger, wie beispielsweise ein Legierungsstahlband 55» ist um die

Trommeln gelegt, so daß es sich zusammen mit diesem bewegt. Die Matrix wird beispielsweise mit Hilfe eines Hydraulikmotors angetrieben, der mit einer der Trommeln verbunden ist.

Eine Vielzahl von Werkzeugplatten 56 ist in Längsrichtung mit Abstand an dem flexiblen Band befestigt, und jede Werkzeugplatte weist einen geeigneten Werkzeuggreifmechanismus 58 auf, der mit dem TJmfangsgreifflansch 39 eines Werkzeughalters in Eingriff kommen kann. Der Werkzeughalter wird in einer vorgegebenen Winkelstellung mit Hilfe eines Keils 59 gehalten, der an dem Werkzeuggreifmechanismus befestigt ist. Um eine Halterung für die horizontalen Stränge des flexiblen Tragbandes 55 zwischen den Trommeln der Matrix zu erzielen, sind die Werkzeugplatten 56 mit gegenüberliegenden Nuten 60 ausgebildet, die mit Jeweiligen Paaren von horizontalen Führungsschienen 61 in Eingriff kommen, die an dem Matrix-Haltearm zwischen den Trommeln befestigt sind.

Jeder Werkzeuggreifmechanismus 58 weist zwei Greiffinger 62 auf, die an einem Ende an einer Abstützplatte 64 schwenkbar befestigt sind und deren gegenüberliegendes Ende mit dem Flansch 39 eines Werkzeughalters in Eingriff kommen kann. An dem schwenkbar befestigten Ende weist Qeder Greiffinger einen kleinen Kurbelarm 65 auf, der mit einem federbelasteten Stößel 66 in Eingriff kommt, der verschiebbar an der Stützplatte 64 befestigt ist. Die Belastung des Stößels erfolgt in einer nach oben gerichteten, von dem Werkzeughalter fort gerichteten Richtung, so daß die Greiffinger nach innen gegen den Hauptteil 35 des Werkzeughalters gepreßt werden. Eine nach unten gerichtete

- /te.

Bewegung des Stößels 66 gegen, die Wirkung der Vorspannfeder 68 dient zum Auseinanderbewegen der Greiffinger, so daß der Werkzeughalter freigegeben wird.

Zur Betätigung der Werkzeuggreiffinger an einer Werkzeugplatte, die sich während eines Werkzeugwechselzyklus an einer Werkzeugwechselstation befindet, ist ein hydraulisches Betätigungsteil 69 vorgesehen. Dieses ist in irgendeiner geeigneten Weise an dem Matrix-Haltearm befestigt, beispielsweise mit Hilfe einer Befestigungsplatte 70, und weist eine Kolbenstange 71 auf, die sich von dem Betätigungsteil aus nach unten erstreckt. Eine ÜTreigabeklinke 72, die verschiebbar in dem Schlitz 74· in der Befestigungsplatte des Betätigungsteils angeordnet ist, ist an dem unteren, herabhängenden Ende der Kolbenstange 71 des Betätigungsteils befestigt. Die Freigabeklinke 72 trägt eine geeignete Anschlagplatte 75» die mit dem federbelasteten Stößel 66 in Eingriff kommen kann und diesen gegen die Wirkung der Vorspannfeder 68 nach unten drückt, um die Werkzeuggreiffinger 62 zu lösen. Umgekehrt ermöglicht es das Einziehen der Kolbenstange 71 ■» daß sich der Stößel 66 aufgrund der Druckkraft der Feder 68 nach oben bewegt, so daß die Werkzeuggreif finger mit einem Werkzeughalter in Eingriff kommen.

SchwenkspindelbauKruppe - vertikal

Die Schwenkspindelbaugruppe 46 (Fig. 2 bis 5» 7 "und 9) ist zwischen der Werkzeugspeichermatrix 45 und dem zweiseitigen Werkzeugwechsel arm 48 eingefügt, um Werkzeuge

- ψ- ΛΊ*

mit hoher Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit zwischen diesen Bauteilen zu überführen. Die Schwenkspindelbaugruppe 46 umfaßt ein Schwenkspindelgehäuse 78, das schwenkbar auf zwei Lagerzapfen 79, 80 befestigt ist, die an jeweiligen Haltearmen 81, 82 befestigt sind. Diese Haltearme sind in geeigneter Weise an dem Matrix-Haltearm 51 befestigt. Das Gehäuse 78 ist mit einer großen Mittelbohrung 84 ausgebildet, die in diesem FallJmit einer aus Kunststoff bestehenden, die Reibung verringernden Auskleidungshülse 85 versehen ist, die sich vom Bereich der Lagerzapfen aus bis zum äußeren Ende der Bohrung 84 erstreckt .

Eine Schwenkspindel 86 ist teleskopartig in dem Gehäuse 78 und der Auskleidungshülse 85 angeordnet. Die Schwenkspindel 86 weist eine hohlzylindrische Form mit einer Konusbuchse 88 im äußeren Endteil zur Aufnahme des Konusschaftes eines Werkzeughalters 35 auf. Das innere Ende der Buchse 88 steht mit einer Gegenbohrung 89 und einer Bohrung 90 in Verbindung, die die Spannfingerbaugruppe einer kraftbetatxgten Spannstange 91 aufnimmt. Die Spannfingerbaugruppe umfaßt eine Reihe von nach außen vorgespannten Spannfingern, die über den verjüngten Knopf 44 auf dem Werkzeugschaft gleiten und mit diesem durch eine Nockenwirkung in Eingriff kommen können, wenn sie aus der Gegenbohrung 89 in die Bohrung 90 eingezogen werden.

An dem von der Spannfingerbaugruppe abgewandten Ende weist die kraftbetätigte Spannzange einen Hydraulikkolben 92 auf, der in einem Zylinder 94- (Fig. 4) gleiten kann. Ein Hydraulikdruck zum Klemmen und Freigeben der kraftbetätigten Spannzange 91 wird zu dem Zylinder und von

- fit-

diesem fort über Kanäle 95» 96 und geeignete Gleitverbindungen zugeführt, die durch, feste Leitungen 98, 99 und zu diesen teleskopartig angeordnete Bohrungen 100, 101 gebildet sind. Obwohl die kraftbetätigte Spannzange mit hydraulischer Kraft sowohl in die Eingriffs- als auch !Freigaberichtungen bewegt wird, ist weiterhin eine relativ starke Feder 102 vorgesehen, die die Spannzange im Eingriffszustand hält, wenn der Hydraulikdruck ausfällt.

Es sind Maßnahmen getroffen, um die Schwenkspindel in Axialrichtung in einer Richtung senkrecht zur Lagerzapfenschwenkachse zu bewegen, um das Entfernen eines Werkzeughalters 35 aus der Matrix sowie die Rückführung eines Werkzeughalters in die Matrix zu erleichtern. Im vorliegenden Fall kann diese Bewegung in der Größenordnung von 96,65 mm liegen. Dies wird mit Hilfe von zwei hydraulischen Stellgliedern 104, 105 erreicht, die in das Schwenkspindelgehäuse 78 eingebaut sind. Die Stellglieder sind mit der Schwenkspindel 86 über ihre jeweiligen Kolbenstangen 106, 108 verbunden, die mit einem großen Flansch 109 am äußeren Ende der Schwenkspindel verbunden sind. Die Axialbewegung der Schwenkspindel relativ zum Gehäuse 78 wird durch das mit der Werkzeugmaschine verbundene Hydrauliksystem gesteuert. Dieses Hydrauliksystem steuert die Axialposition der Schwenkspindel über Grenzschalter 73LS, 74LS und 76LS, die durch eine Betätigungsstange 110 betätigt werden, die ebenfalls an dem Flansch 109 befestigt ist.

Die Schwenkspindel 86 ist so ausgebildet, daß sie über einen Bogen von 90 ° aus der in I"ig. 4· dargestellten Position in die in den Pig. 2 und 9 dargestellte Position

•und umgekehrt verschwenkbar ist, um einen Werkzeughalter zwischen der Werkzeugspeichermatrix 45 und dem Werkzeugwechselarm 48 (Pig. 2) zu transportieren. Dies wird mit Hilfe eines hydraulischen Stellgliedes 111 erreicht, das an seinem oberen Ende schwenkbar mit einer Aufhängung verbunden ist, die an dem Matrix-Haltearm 51 befestigt ist. Das Stellglied 111 ist an seinem unteren Ende mit einem Bügel 114 verbunden, der an dem Schwenkspindelgehäuse 78 befestigt ist. Das Stellglied 111 ist mit Grenzschaltern 71LS und 72LS versehen, die benachbart zu seinen oberen und unteren Enden angeordnet sind und die mit dem hydraulischen Steuersystem der Werkzeugmaschine verbunden sind. Yor dem Verschwenken über den Winkel von 90 wird die Schwenkspindel zunächst in Axialrichtung bewegt, um mit einem Werkzeughalter in Eingriff zu kommen, und zwar entweder in der Matrix oder in dem Werkzeugwechselarm. Diese anfängliche Axialbewegung kann über einen Weg von ungefähr 87»12 mm erfolgen, so daß eine Teleskopbewegung über den größeren Teil des Werkzeugschaftes erfolgt, bis der verjüngte Knopf 44 sich dem Ende der kraftbetätigten Spannstange nähert, wobei die Spannfinger ausgerückt sind. Das Ineingriffbringen der kraftbetätigten Spannstange bewirkt dann einen festen Sitz des Werkzeugschaftes in der Buchse 88.

Wenn sich die Schwenkspindel beispielsweise in der in Fig. 4 gezeigten Stellung befindet und mit einem Werkzeug in der Matrix in der Werkzeugwechselposition in Eingriff befindet, so wird der Greifmechanismus 58 der Matrix dann durch das Stellglied 69 und die Freigabeklinke 72 geöffnet. Die Schwenkspindel wird dann über eine zusätzliche Strecke von 9,52 mm bewegt, worauf die gesamte

Schwenkspindel 86 und das Gehäuse 78 dann nach unten über einen Winkel von 90 ° in die in Fig. 9 gezeigte Position verschwenkt wird. In dieser Stellung wird das Werkzeug 35 dem Werkzeugwechselarm 48 dargeboten, der in Eingriff mit dem Werkzeughalter in der Schwenkspindel verschwenkt wird. Las Steuersystem löst dann die kraftbetätigte Spannstange der Schwenkspindel und ermöglicht ein Herausziehen des Werkzeughalters mit Hilfe des Werkzeugwechselarms in die in 3fig. 9 strichpunktiert gezeigte Stellung. Der Werkzeugwechsel arm zieht weiterhin das alte Werkzeug aus der kraftangetriebenen Spindel heraus und setzt es in die Schwenkspindel ein. Die Eiickführung des alten Werkzeuges in die Matrix wird durch Umkehrung der vorstehend beschriebenen Arbeitsfolge erreicht.

Hydraulikflüssigkeit von dem (Steuersystem der Werkzeugmaschine zur Bewegung der Schwenkspindel in Axialrichtung wird dieser über Leitungen 115» 116 zugeführt, die mit dem Lagerzapfen 79 und geeigneten inneren Kanälen in dem Schwenkspindelgehäuse 78 verbunden sind, die mit den Stellgliedern 104·, 105 in "Verbindung stehen. Auf die gleiche Weise wird Hydraulikflüssigkeit von dem Steuersystem der Werkzeugmaschine zur Durchführung einer Klemmung und Freigabe der kraftbetätigten Spannstange dieser über Leitungen 118, 119 zugeführt, die mit dem Lagerzapfen 80 und inneren Kanälen in dem Gehäuse 78 verbunden sind, die mit den Leitungen 98, 99 in Verbindung stehen.

Werkzeugwechselarm

Der Werkzeugwechselarm 48 ist in der vorstehend

beschriebenen Weise vom zweiseitigen Typ und durch eine Welle 120 gehaltert, die von der unteren Fläche des Spindelkastens (Fig. 10, 12 bis 14) herabhängt. Der Werkzeugwechselarm 48 kann sich in einer Vertikalrichtung parallel zur Achse der kraftangetriebenen Spindel 33 bewegen und weiterhin eine Drehung in Ebenen senkrecht zur Achse der Spindel 33 ausführen.

Zur Aufnahme von Werkzeugen oder genauer gesagt, von Werkzeughaltern sind die äußeren Endteile des Armes 48 mit entgegengesetzt vorspringenden Taschen 112 (Fig. 13) versehen. Jede Tasche weist eine allgemein bogenförmige Form auf und ist mit drei Lagebestimmungsscheiben 122 versehen, die unter mit Winkelabständen angeordneten Punkten um den Umfang jeder Tasche herum angeordnet sind. Die Scheiben 122 weisen eine sich verjüngende Form auf und sind so ausgebildet, daß sie mit engem Sitz in die Umfangsnut des Greifflansches 39 des Werkzeughalters passen. Diese Seheiben können eingestellt werden, um einen präzisen Eingriff mit dem Werkzeughalter zu erleichtern. Ein fester Keil 124, der benachbart zum Mittelpunkt der bogenförmigen Tasche angeordnet ist, dringt in diese vor, so daß sie mit einer entsprechenden Keilnut 40 in dem TJmfangsgreif flansch 39 ausgerichtet ist, um eine Winkelausrichtung des Werkzeughalters aufrechtzuerhalten. Die Lagefestlegungsscheiben und der Keil befinden sich etwas vor dem Durchmesser des Greifflansches 39» so daß die Tasche in Ausrichtung mit dem Werkzeughalter verschwenkt werden kann, während dieser noch entweder von der kraftangetriebenen Spindel 33 oder der Schwenkspindel 86 erfaßt ist.

Zur lösbaren Verriegelung des Werkzeughalters In jeder Tasche 121 ist ein Verriegelungsstößel 125 gegenüberliegend zur offenen Seite der Tasche angeordnet. Das Ende des Stößels 125 ist in geeigneter Weise verjüngt, um einen glatten Eingriff in der üfut des Umfangsgreifflansches 39 zu ermöglichen. Der Verriegelungsstößel 125 wird von dem hydraulischen Steuersystem der Werkzeugmaschine betätigt. Er ist mit einem Hydraulikkolben 126 zwischen seinen Enden ausgebildet, der in einen Hydraulikzylinder 128 gleiten kann, der in den Arm eingebaut ist. Der Verriegelungsstößel 125 kann durch die Zuführung von Hydraulikdruck an eine Seite des Kolbens 126 (die linke Seite in den Pig. 12 und 14) und durch Auslassen von Hydraulikflüssigkeit auf der gegenüberliegenden Seite gelöst werden. Umgekehrt kann der Verriegelungsstößel dadurch in Eingriff gebracht werden, daß der rechten Seite des Kolbens 126 Hydraulikflüssigkeit zugeführt wird, während gleichzeitig die Hydraulikflüssigkeit auf der linken Seite des Kolbens abgelassen wird. Um sicherzustellen, daß der Stößel in Eingriff gebracht wird, wenn der Hydraulikdruck ausfällt, ist eine starke Vorspannfeder auf der rechten Seite des Kolbens angeordnet, um diesen Verriegelungsstößel in die Eingriffsstellung zu verschieben.

Die Hydraulikflüssigkeit wird dem Arm 48 mit Hilfe von Leitungen 130, 131 zugeführt, die mit dem Hydrauliksystem der Maschine in Verbindung stehen (Fig. 2, 12). Die Leitungen 130» 131 sind an einer hydraulischen Gleitkupplung 132 befestigt, die drehbar auf der Welle 120 befestigt ist. Der Teil der Welle 120 innerhalb der Gleitkupplung 132 ist mit Umfangsnuten versehen, die jeweils mit den Leitungen 13O, 131 in- Verbindung stehen. Die Umfangsnuten

stehen jeweils mit den gegenüberliegenden Enden der Verriegelungsstößel-Betätigungszylinder 128 an dem Werkzeugwechselarm 48 in Verbindung.

Um den Arm 48 in Axialrichtung in einer Richtung parallel zur Achse der kraftangetriebenen Spindel 33 zu bewegen, ist ein hydraulisches Stellglied 134- vorgesehen. Das untere Ende der Kolbenstange 135 des Stellgliedes ist mit dem oberen Endteil der Welle 120 über eine Drehkupplung 136 verbunden. Diese Anordnung ermöglicht eine axiale Bewegung des Armes, unabhängig von seiner Winkelposition. Um die Axialbewegung der Welle 120 und des Werkzeugwechselarms 48 mit dem Steuersystem der Werkzeugmaschine in Beziehung zu setzen, ist ein Auslöseflansch 138 an der Welle 120 befestigt und befindet sich in diesem Fall zwischen der hydraulischen Gleitkupplung 132 und der drehbaren Kupplung 136. Der Auslöseflansch ist daher in der Lage, Grenzschalter 52LS, 65LS, 67LS und 46LS (Fig. 2 und 10) zu betätigen. Diese Grenzschalter sind an geeigneten Haltearmen befestigt, die mit dem Rahmen des Spindelkastens verbunden sind.

Um den Arm 48 in Ebenen senkrecht zur Achse der Spindel 33 zu drehen, ist ein geeigneter Motor 140, in diesem Fall ein Hydraulikmotor, in dem Spindelkasten (Fig. 11) befestigt und mit der Welle 120 mit Hilfe eines Zahnradgetriebes verbunden. Der Motor 140 ist mit einem Antriebsritzel 141 gekoppelt, das mit einem Zwischenrad 142 mit etwas größerem Durchmesser kämmt. Das Zwischenrad 142 kämmt seinerseits mit einem angetriebenen Zahnrad 144, das einstückig mit einer kerbverzahnten Hülse ausgebildet ist, die mit einer entsprechenden Kerbverzahnung 145

der Welle 120 in Eingriff steht. Diese Anordnung ermöglicht eine axiale Verschiebung der Welle 120 innerhalb des als Hülse ausgebildeten Zahnrades 144, während die Antriebskette von dem Motor 140 aufrechterhalten wird.

Um eine genaue Ausrichtung zwischen den Werkzeughaltetaschen des Werkzeugwechselarms 48 mit der kraftangetriebenen Spindel 33 und der Schwenkspindel 86 während zwei Arbeits-Winkelstellungen des Werkzeugwechselarms aufrechtzuerhalten, ist eine Präzisions-Lagefestlegungseinrichtung vorgesehen. Eine derartige Position des Arms 48 ergibt sich, wenn dieser als erstes von einer Ruhestellung, die strichpunktiert in Pig. 2 gezeigt ist, in eine Arbeitsstellung verschwenkt wird, in der der Wechselarm mit dem alten Werkzeughalter in der Buchse der kraftgetriebenen Spindel 33 ^¹¹³-^ äem neuen Werkzeughalter der Buchse der Schwenkspindel 86 in Eingriff kommt, wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist. Die andere Arbeits-Winkelstellung ergibt sich, nachdem diese Werkzeuge in AxLalrichtung aus den Spindeln 33» 86 herausgezogen wurden, über 180 ° gedreht und dann in Axialrichtung in umgekehrter !Richtung bewegt wurden, so daß das neue Werkzeug in die kraftgetriebene Spindel 33 eingesetzt wird, während das alte Werkzeug in die Schwenkspindel 86 eingesetzt wird.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform umfassen die Präzisisions-Lagebestimmungseinrichtungen eine Scheibe 1.46, die starr an dem Zwischenrad 142 über eine gemeinsame Welle 148 (Pig. 12) befestigt ist. Die Scheibe 146 weist zwei Präzisions-Lagefestlegungsbuchsen auf, die einen Winkelabstand von 180 ° aufweisen. Ein Yerriegelungszapfen 150 ist verschiebbar in einer Hülse benachbart

zur Scheibe in einer Position befestigt, in der dieser Verriegelungszapfen in eine der Lagebestimmungsbuchsen eintreten kann. Die Anordnung ist derart, daß der Verriegelungszapfen mit einer der Lagebestimmungsbuchsen ausgerichtet ist, wenn sich der Arm 48 in der ersten Winkelstellung befindet, während er mit der anderen Lagebestimmungsbuchse ausgerichtet ist, wenn sich der Arm 48 in der zweiten Winkelstellung der vorstehend beschriebenen WinkelStellungen befindet. Der Verriegelungszapfen 15Q wird in Axialrichtung mit Hilfe eines hydraulischen Stellgliedes 151 verschoben, dessen Kolbenstange 152 mit dem oberen Ende des Verriegelungszapfens verbunden ist. Ein Auslösearm 154-, der sich von der Kolbenstange aus nach außen erstreckt, ist in einer derartigen Position befestigt, daß er einen von zwei Grenzschaltern 66LS, 68LS betätigt, die an einem benachbarten Haltearm befestigt sind. Wenn der Verriegelungszapfen 150 sich in einer der Lagebestimmungsbuchsen 149 befindet, so ist der Grenzschalter 66LS ausgelöst. Wenn der Verriegelungszapfen außer Eingriff mit den Lagebestimmungsbuchsen steht, so ist der Grenzschalter 68LS ausgelöst. Die Rückführungssignale von den Grenzschaltern 66LS, 68LS werden der Maschinensteuerung zugeführt.

Übersicht über die Betriebsweise der Vertikal-Werkzeugmaschine

Diese Übersicht faßt die Betriebsweise der automatischen Werkzeugwechselvorrichtung 21 der Werkzeugmaschine 20 zusammen. Als Ausgangspunkt sei angenommen, daß die

Werkzeugmaschine einen Bearbeitungszyklus beendet hat, wobei sich das alte Werkzeug in der Spindel 33 befindet und die Steuerung den Befehl für einen Werkzeugwechsel gibt. Die Schwenkspindel 86 ist vollständig in ihr Gehäuse 78 eingezogen, wie dies mit voll ausgezogenen Linien in lig. 2 gezeigt ist. Die kraftbetätigte Spannzange der Schwenkspindel befindet sich in dem entriegelten Zustand. Die Matrixgreiffinger sind auf den TJmf angsgreifflanschen der Werkzeughalter 35 festgeklemmt. Die wesentlichen, dann erfolgenden Schritte sind folgende:

(1) Die Werkzeugspei ehe rmatr ix 45 wird in eine derartige Position gebracht, daß ein neues Werkzeug zur Werkzeugwechselstation der Matrix gebracht wird.

(2) Die Schwenkspindel 86 wird dann in Axialrichtung über den Schaft des bereitgestellten Werkzeughalters ausgefahren, in dem die hydraulischen Stellglieder 104, 105 unter Druck gesetzt werden. Nach einer Axialbewegung von ungefähr 87,12 mm trifft die kraftbetätigte Spannstange 91 der Schwenkspindel auf den Knopf 44 des bereitgestellten Werkzeughalters auf. Gleichzeitig löst die Steuerstange 110 den Grenzschalter 75^S aus, was zur Zuführung von Hydraulikdruck zum Spannen der Spannstange 91 führt. Hierbei bewegt sich die Schwenkspindel um weitere 11,9 mm auf dem Werkzeugschaft vorwärts.

(3) Das Stellglied 69 für die Freigabeklinke 72 wird unter Druck gesetzt, so daß sich die Freigabeklinke 72 nach unten bewegt und mit der Anschlagplatte 75 in Eingriff kommt. Hierdurch wird der federbelastete

Stößel 66 niedergedrückt und die Matrixgreiffinger werden geöffnet, so daß der Werkzeughalter 35 freigegeben wird. Diese Bewegung des Stellgliedes 69 löst den Grenzschalter 75I«S aus, worauf die Schwenkspindel-Stellglieder 104, 105 und die Schwenkspindel 86 um weitere 9,5 mm ausgefahren werden, und zwar in eine Stellung, in der der Werkzeughalter in einen festen Sitz in der Schwenkspindel gebracht wird, worauf diese um 90 ° nach unten verschwenkt werden kann.

(4) Der Spindelkasten 32 wird aus der Bearbeitungsstellung nach oben in die Werkzeugwechselstellung gefahren, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Hierdurch wird der Werkzeugwechselarm 48 in eine Position gebracht, in der er ein Werkzeug aus der Schwenkspindel 86 austauschen kann, wenn diese über 90 ° in die in E¹Xg. 2 gezeigte Stellung nach unten verschwenkt wurde. Die Spindel 33 wird in die obere Grenzstellung eingezogen. Der Werkzeugwechselarm 48 befindet sich noch in der Ruhestellung.

(5) Das Schwenkspindel-Drehstellglied 111 wird dann betätigt, wodurch die Schwenkspindel 86 über einen Winkel von 90 ° nach unten in eine Ebene parallel zur Achse der Spindel 33 verschwenkt wird, und zwar in die Werkzeugwechselstellung, die strichpunktiert in Fig. 2 und in voll ausgezogenen linien in Fig. 9 dargestellt ist. Dies bewirkt ein Auslösen des Grenzschal-' ters 72LS, was bestätigt, daß sich der Schwenkarm in der Werkzeugwechselstellung befindet. Die Matriücgreiffinger werden dann geschlossen.

(6) Der Werkzeugwechselarm 48 wird aus der Ruhestellung im Gegenuhrzeigersinn gemäß Fig. 10 über einen Winkel ■von 41 ° in die erste Arbeits-Winkelstellung gedreht, wie dies in Pig. 10 gezeigt ist. Das Stellglied 151 des Verriegelungszapfens wird angesteuert, wodurch der Verriegelungszapfen 150 in einer Lagebestimmungsbuchse 149 in Eingriff kommt, um den Arm 48 in einer präzisen Winkelstellung zu halten, in der er mit dem alten Werkzeug in der kraftgetriebenen Spindel 33 und dem neuen Werkzeug in der Schwenkspindel 86 in Eingriff steht. Der Grenzschalter 65LS wird ausgelöst, was zur Zuführung des Klemmdruckes an die Verriegelungsstößel 125 des Werkzeugwechselarms führt. Die Matrix 45 bewegt sich dann weiter, um den Haltearm für das alte Werkzeug in die Bereitstellungsstation zu bewegen.

(7) Die kraftbetätigte Spannstange 37 der Werkzeugmaschinenspindel 33 wird betätigt, um das alte Werkzeug in der Spindel zu lösen. Die kraftbetätigte Spannzange 91 der Schwenkspindel wird betätigt, um das neue Werkzeug in der Schwenkspindel zu lösen. ETach dem Lösen beider kraftbetätigter Spannstangen wird der Verriegelungszapfen 150 außer Eingriff aus der Lagebestimmungsbuchse gebracht, und der Werkzeugwechselarm 48 bewegt sich in Axialrichtung von den Spindeln 33» 86 fort, wobei der Grenzschalter 76LS ausgelöst wird.

(8) Der Werkzeugwechselarm 48 führt eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn gemäß Fig. 10 über einen Winkel von 180 ° in seine zweite Arbeits-Winkelstellung aus. Das

Stellglied 151 für den Verriegelungszapfen 15Ο wird betätigt, wodurch dieser in der anderen Lagerestimmungsbuchse in Eingriff gebracht wird. Der Werkzeugwechselarm 48 "bewegt sich in Axialrichtung in Richtung auf den Spindelkasten, wobei das neue Werkzeug in die Spindel 33 eingesetzt wird, während das alte Werkzeug in die Schwenkspindel 86 eingesetzt wird. Die kraftbetätigten Spannstangen 37 bzw. 91 der Werkzeugmaschinenspindel 33 bzw. der Schwenkspindel 86 erfassen die Werkzeuge. Die Verriegelungsstößel 125 des Werkzeugwechselarms 48 werden entriegelt, der Verriegelungszapfen 15Ο wird aus der Lagebestimmungsbuchse herausgezogen und der Arm wird dann im Uhrzeigersinn in seine Ruhestellung gemäß Pig. 10 verschwenkt .

Es ist zu erkennen, daß die bei der vorstehenden Betriebsfolge beschriebenen Bewegungen durch das Steuersystem der Werkzeugmaschine 20 bewirkt wurden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich nicht auf die Einzelheiten des Steuersystems an sich, da dieses von üblicher Art ist.

Ausführunffsform mit horizontaler Spindel

In den 3?ig. 15 bis 18 ist eine Ausführungsform einer Mehrfunktions-Werkzeugmaschine 220 dargestellt, die eine horizontale Hauptspindel aufweist. Diese Ausführungsform der Werkzeugmaschine 220 schließt eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung 221 ein, die ähnlich der

- ζ/- 30-

Werkzeugwechselvorrichtung 21 der vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine 20 mit vertikaler Spindel ist.

Die Werkzeugmaschine 220 (Fig. 15) weist eine Basis 222
auf, die auf einem geeigneten Fundament 224 gelagert ist
und sich in Längsrichtung erstreckende (nicht gezeigte)
Führungen auf der Oberseite aufweist, die durch bewegliche Führungsabdeckungen 225 abgedeckt sind. Ein Schlitten 226 ist verschiebbar auf den Längsführungen der Basis gelagert und seinerseits mit Führungen 228 auf der Oberseite versehen, die sich quer zu den Führungen der Basis erstrecken. Ein Querschlitten oder eine Ständerbasis 229
ist verschiebbar auf den Führungen 228 des Schlittens gelagert. Ein senkrecht stehender Ständer 230 ist auf dem
Querschlitten 228 befestigt und mit vertikalen Führungen
231 ausgebildet, die einen in Vertikalrichtung verschiebbaren Spindelkasten 232 verschiebbar haltern. Der Spindelkasten trägt eine horizontale Werkzeugspindel 234, die in üblicher Weise in Wälzlagern gelagert ist, die sich in einer nach außen vorspringenden Verlängerung 235 des Rahmens des Spindelkastens befinden. Die Hauptspindel ist
mit einer Konusbucb.se 236 zur Aufnahme eines Werkzeughalters 35 versehen. Die Maschinenspindel weist weiterhin
eine hydraulisch kraftbetätigte Spannstange 238 mit einem Spannfingersystem auf, das mit dem verjüngten Knopf 44 am inneren Ende des Schaftes des Werkzeughalters in Eingriff kommen kann. Die Spannstange 238 und das Spannfingersystem sind im wesentlichen identisch zu den Bauteilen, die weiter oben in Verbindung mit der Ausführungsform der
Werkzeugmaschine 20 mit vertikaler Spindel beschrieben
wurden.

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Die Werkzeugmaschine 220 schließt weiterhin eine Werkzeugspeichermatrix 237 ein, die außerhalb des Ständers 229 und mit Abstand von diesem mit Hilfe eines geeigneten Haltearms befestigt ist. Die Werkzeugspeichermatrix 237 ist allgemein ähnlich der Werkzeugspeichermatrix 45 der Ausführungsform der Werkzeugmaschine 20, jedoch mit Ausnahme der Tatsache, daß sich die Werkzeugbereitstellungsstation an der Torderseite der Werkzeugmaschine an einer Position befindet, die um 90 ° oberhalb der Bereitschaftsstation der Werkzeugmaschine 20 mit vertikaler Spindel liegt.

Die Werkzeugwechselvorrichtung 221 schließt einen zweiseitigen Werkzeugwechselarm 239 (Fig· 15j 16, 17) ein, der durch eine Welle 240 gehaltert ist, die sich von der Vorderflache des Spindelkastens 232 in paralleler Ausrichtung mit der Spindel 234 erstreckt. Die Welle 240 und der Werkzeugwechselarm 239 sind in Axialrichtung in eine Werkzeugaufnahmeposition sowie in eine Werkzeugwechselposition ausfahrbar. Die Welle 240 und der Werkzeugwechselarm 239 sind weiterhin in Winkelrichtung auf Winkelstellungen über 180 ° für die Aufnahme und den Wechsel von Werkzeugen verschwenkbar, sie sind weiterhin über einen Winkel von 90 ° auf eine vertikale oder Ruhestellung verschwenkbar. Der Werkzeugwechselarm 239 weist ebenfalls mit Keilen versehene Werkzeugaufnahmetaschen 121 und zugehörige kraftbetätigte Verriegelungsstößel 125 auf, die von ihrem Aufbau und ihrer Betriebsweise her ähnlich denen des Werkzeugwechselarms 48 sind, der weiter oben beschrieben wurde. Der Werkzeugwechselarm 239 ist in Axialrichtung in einer Richtung parallel zur Achse der Werkzeugmaschinenspindel 234 beweglich. Der Werkzeugwechselarm

239 ist weiterhin in Ebenen senkrecht zur Spindelachse drehbar angeordnet.

Zum axialen Ausfahren und zur Winkeleinstellung des Werkzeugwechselarms 239 sind zwei relativ kompakte Mechanismen in dem Gehäuse des Spindelkastens angeordnet. Wie dies aus Fig. 17 zu erkennen ist, ist die Werkzeugwechselwelle 240 mit einem in Längsrichtung keilverzahnten Abschnitt 24-1 versehen, der sich über den größeren Teil der Länge der Welle 240 erstreckt. Dieser Abschnitt 241 steht mit einer entsprechend mit Keilnuten 242 versehenen Nabe 242 in Eingriff, die auf Wälzlagern in dem Gehäuse des Spindelkastens gelagert ist. Das innere Ende der Welle 240 ist mit zwei hydraulischen Stellgliedern 244, 245 über eine Drehkupplung 246 verbunden. Das Stellglied 244 ist zwischen einer festen Befestigungsplatte 248 und einem verschiebbaren Haltearm 249 eingefügt, der auf einer ITührungsstange 250 gehaltert ist, wobei das Stellglied mit dem Haltearm 249 über die Kolbenstange verbunden ist. Der Haltearm 249 ist seinerseits mit der Drehkupplung 246 über das Stellglied 245 verbunden, dessen Hauptteil an dem verschiebbaren Haltearm 249 befestigt ist, während dessen Kolbenstange an der Drehkupplung 246 befestigt ist. Das hintere Ende des Stellgliedes 245 ist verschiebbar mit Hilfe eines geeigneten Haltearms 252 auf der Führungsstange 250 gehaltert. Eine Steuerstange 254 mit einer Nockenfläche 255 zur Betätigung eines Grenzschalters 256 ist weiterhin mit dem Ende der Welle 240 über einen Haltearm 258 verbunden, der sich zwischen der Drehkupplung 246 und einer Schulter der Steuerstange 254 erstreckt.

- 3/Κ· 33.

Aufgrund dieser Konstruktion bewirkt das Stellglied 244 ein Ausfahren der Welle 240 sowie des Werkzeugwechselarms 239 aus der Ruhestellung in eine Werkzeugaufnahmeposition, in der der Werkzeugwechselarm mit Werkzeughaltern in der kraftgetriebenen Spindel 234 und der zugehörigen Schwenkspindel 86 in Eingriff kommen kann. Das Stellglied 245 dient zur axialen Einstellung des Werkzeugwechselarms zum Herausziehen und Ersetzen von Werkzeughaltern in der Spindel 234 und der Schwenkspindel 86.

Ein Werkzeugwechselarm-Winkeleinstellmechanismus (3?ig. 17» 18) dient zur Drehung des Arms 239 über einen Winkel von 90 ° in die Ruhestellung und über einen Winkel von 180 ° für den Werkzeugwechsel. Dieser Mechanismus weist ein einstückig mit der Nabe 242 auf der Werkzeugwechselwelle 240 ausgebildetes Ritzel 259 auf, das durch eine damit kämmende Zahnstange 260 angetrieben wird, die verschiebbar auf Rollen 261, 262 gehaltert ist. Erste und zweite hydraulische Stellglieder 264, 265 werden selektiv zur Einstellung der Zahnstange 260 und damit zur Winkeleinstellung des Werkzeugwechselarms 239 betätigt. Beide Stellglieder sind an einem Ende des Spindelkastens über eine einstellbare Halterung 266 befestigt. Die Kolbenstange 268 des ersten Stellgliedes ist mit einem Joch 269 verbunden, das ein schwimmend gelagertes Ritzel 270 aufweist, das in dem Joch drehbar gelagert ist und mit der Zahnstange 260 und einer zweiten Zahnstange 271 kämmt. Die letztere Zahnstange ist verschiebbar auf Rollen 272 gelagert und durch die Kolbenstange 274 des zweiten Stellgliedes 265 angetrieben. Das schwimmend gelagerte Ritzel 270 ist zwischen den Zahnstangen 260, 271 in Antriebseingriff mit diesen angeordnet. Eine Anzahl von

Grenzschaltern 272, 274-, 275, die an dem Joch 269 "befestigt sind, messen die Position der Zahnstangen bei der Winkeleinstellung des Werkzeugwechselarms 239·

Die Kolbenstangen 268, 274 der Stellglieder 264, 265 weisen gleiche Hübe auf und werden jeweils so betätigt, daß sie eine vollständig ausgefahrene oder vollständig eingezogene Stellung einnehmen. Die mechanische Beziehung des Antriebs zwischen den Stellgliedern ist derart, daß ein Betrieb des Stellgliedes 264 eine Drehung der Welle um 180 ° für den Werkzeugwechsel hervorruft« Eine Betätigung des Stellgliedes 265 ergibt eine Drehung um 90 °, um den Arm 239 in die vertikale Ruhestellung oder aus dieser heraus zu bewegen. Wenn sich die Stellglieder 264, 265 in der in Mg. 18 gezeigten Position befinden, so befindet sich der Werkzeugwechselarm in der vertikalen Ruhestellung.

Die automatische Werkzeugwechselvorrichtung 221 schließt die Schwenkspindelbaugruppe 46 (i"ig. 15j 16) ein, die zwischen der Werkzeugspeichermatrix 237 "und dem zweiseitigen Werkzeugwechselarm 239 angeordnet ist, um Werkzeuge zwischen der Werkzeugspeichermatrix und dem Werkzeugwechselarm zu überführen. Die Baugruppe 46 der Werkzeugwechselvorrichtung 221 ist von ihrem Aufbau und ihrer Betriebsweise her gleich der Schwenkspindelbaugruppe 46 der Ausführungsform der Werkzeugmaschine mit vertikaler Spindel, wobei der Hauptunterschied darin besteht, daß die Baugruppe 46 mit der Schwenkspindel 86 bei der Werkzeugmaschine 220 mit horizontaler Spindel so angeordnet ist, daß sie in einer horizontalen und nicht in einer vertikalen Ebene verschwenkt wird. Die horizontale Ebene ist in

diesem Fall ebenfalls parallel zur Achse der Hauptspindel 234 und in Fig. 15 durch die Linie 16-16 angedeutet. Vie im Fall der Werkzeugmaschine mit vertikaler Hauptspindel ist die Baugruppe 46 bei der Werkzeugmaschine mit horizontaler Hauptspindel an dem Matrix-Haltearm gehaltert.

Die Betriebsweise der Werkzeugwechselvorrichtung 221 ist der vorstehend beschriebenen Betriebsweise der Werkzeugwechselvorrichtung 21 sehr ähnlich, wobei lediglich geringe Unterschiede bestehen. Die Werkzeugwechselposition des Spindelkastens 232 befindet sich beispielsweise in horizontaler Ausrichtung mit der Schwenkspindelbaugruppe 46 und der Bereitstellungsstation an der Vorderseite der Matrix, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist. Zusätzlich weist der Werkzeugwechselarm 239 einen weiteren axialen Bewegungsschritt, verglichen mit der Bewegung des Werkzeugwechselarms 48, auf. Wie dies in Fig. 16 gezeigt ist, ergibt sich dies daraus, daß das Gehäuse des Spindelkastens eine relativ lange Spindelverlängerung 235 aufweist. Der Arm 239 muß sich über das Ende der Verlängerung 235 hinaus bewegen, bevor er Werkzeuge erfassen und wechseln kann.

Leerseite

Claims

Patentanwalt«: - ^D-I ρ" L-1 η g. C u r t W a 11 a G h

DipF.-ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D -8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum:

Unser Zeichen: 17 190

Patentansprüche

^I.JMehrfunktions-Werkzeugmaschine mit einer kraftangetriebenen Hauptspindel, die um eine Spindelachse
drehbar ist, und mit einer automatischen Werkzeugwechselvorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß die Werkzeugmaschine (20;
220) einen aufrechtstehenden Ständer (JO; 230) aufweist, daß ein Spindelkasten (32; 232) an dem Ständer (30; 230) in Vertikalrichtung verschiebbar befestigt
ist und die kraftangetriebene Spindel (33» 23A-) einschließt, daß der Spindelkasten (32; 232) eine Werkzeugwechselposition aufweist, daß eine Werkzeugspeichermatrix (45; 237) an einer Seite des Ständers (30; 230) mit Abstand von diesem auf seiner Außenseite befestigt ist, daß die Werkzeugspeichermatrix zumindest eine !Trommel (52, 54) aufweist, die um eine Achse
senkrecht zu einer vertikalen, durch die Spindel achse verlaufenden Achse drehbar gelagert ist und Werkzeughalter (56j 58) derart trägt, daß diese eine Bewegung auf einer gekrümmten Bahn mit ihren Achsen senkrecht
zu der vertikalen Ebene ausführen können, daß eine
Schwenkspindel (86) von der Werkzeugspeichermatrix
für eine Schwenkbewegung über einen Winkel von 90 °
in einer Ebene parallel zur Spindelachse gehaltert

ist, daß eine konische Buchse in der Schwenkspindel "bildende Einrichtungen zur teleskopischen Aufnahme eines Werkzeughalters vorgesehen, sind, daß in der Schwenk spindel (86) kraftbetätigte Spannstangeneinrichtungen (90 bis 96) angeordnet sind, um einen Werkzeughalter in der konischen Buchse lösbar zu verriegeln, daß ein zweiseitiger Werkzeugwechselarm (48; 239) an dem Spindelkasten (30; 230) für eine axiale Bewegung parallel zur Spindelachse und für eine Drehbewegung in Ebenen senkrecht zur Spindelachse befestigt ist, und daß der Werkzeugwechselarm Werkzeughalter (35) zwischen der Schwenkspindel (86) und der kraftbetriebenen Hauptspindel (33; 23²O des Spindelkastens austauschen kann.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Werkzeughalter einen Greifknopf (44) aufweist und daß die kraftbetätigten Spannstangeneinrichtungen der Schwenkspindel (86)'mit dem Greifknopf (44) des Werkzeughalters (35) in Eingriff kommen..
3· Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwenkspindel auf einer Schwenkachse befestigt ist -und für eine Linearbewegung auf einer Achse senkrecht zur Schwenkachse ausgebildet ist.
4. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftgetriebene Hauptspindel (33)

_ 3 —

vertikal angeordnet ist.
5· Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die kraftgetriebene Hauptspindel (234) horizontal angeordnet ist.
6. Mehrfunktions-Werkzeugmaschine mit einem Spindelkasten und einer Werkzeugwechselvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine kraftgetriebene Hauptspindel (33; 234-) in dem Spindelkasten (32; 232) angeordnet ist und eine Werkzeugaufnahmebuchse (34-; 236) aufweist, daß eine Werkzeugspeichermatrix (4-5; 237) zur Aufnahme einer Vielzahl von Werkzeugen vorgesehen ist, daß ein Werkzeugwechselarm (48, 239) an dem Spindelkasten für eine Axial- und Drehbewegung relativ zum Spindelkasten befestigt ist, daß eine Schwenkspindelbaugruppe (46) mit einer Werkzeugaufnahmebuchse vorgesehen ist, daß die Schwenkspindelbaugruppe schwenkbar bezüglich der Werkzeugspeichermatrix und dem Werkzeugwechselarm angeordnet ist, und daß Einrichtungen zum Verschwenken der Schwenkspindelbaugruppe über eine bogenförmige Bahn von 90 ° vorgesehen sind, um Werkzeuge zwischen der Matrix und dem Werkzeugwechselarm zu überführen.
7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die kraftgetriebene Spindel und die Schwenkspindelbaugruppe Jeweils eine kraftbetätigte Spannstange zur lösbaren Verriegelung eines Werkzeughalters in der jeweiligen

Spindel aufweisen.
8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugspeichermatrix (45; 237) an einem Matrixhalterarm befestigt ist und daß die Schwenkspindelbaugruppe an diesem Matrixhalterarm gehaltert ist.
9. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugspeichermatrix (45; 237) eine "Vielzahl von Werkzeugen aufnimmt, daß ein Matrixhaltearm vorgesehen ist, daß ein Werkzeugwechselarm (48; 239) vorgesehen ist, daß ein Schwenkspindelgehäuse schwenkbar an dem Matrixhaltearm befestigt ist, daß die Schwenkspindel (46) verschiebbar in dem Schwenkspindelgehäuse angeordnet ist und daß Einrichtungen zum "Verschwenken der Schwenkspindel und ihres Gehäuses über einen Winkel von 90 ° parallel zur Achse der kraftgetriebenen Hauptspindel (33; 234) vorgesehen sind, um Werkzeuge zwischen der Matrix und dem Werkzeugwechselarm zu überführen.
10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Schwenkspindelgehäuse Druckströmungsmedium-Stellglieder zur axialen Bewegung der Schwenkspindel einschließt.
11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwenkspindel

so ausgebildet ist, daß sie zunächst teleskopartig mit einem Werkzeug in der Werkzeugspeichermatrix aufgrund einer AxiaTbewegung in Eingriff kommt, die senkrecht zur Schwenkachse der Schwenkspindel verläuft, und daß die Schwenkspindel dann über einen Bogen von 90 ° verschwenkt wird, um das Werkzeug dem Werkzeugwechselarm (48; 239) zuzuführen.
12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Schwenkspindelgehäuse auf Lagerzapfen gelagert ist und daß das Druckströmungsmedium den Schwenkspindel-Stellgliedern über die Lagerzapfen zugeführt wird.