DD264176A1 - Werkzeugwechseleinrichtung fuer werkzeugmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechseleinrichtung mit einem in rechtwinkligen Koordinatenachsen bewegbaren Transportmechanismus, der einen 180-Schwenkwechsler traegt, an dessen beiden Armenden Greifer angeordnet sind, welche in einem Griffzentrum Formelemente an den Schaeften der zu wechselnden Werkzeuge umfassen. Es koennen Werkzeuge im Direktzugriff aus einem Magazin in um 90 versetzt gelagerte Werkzeugaufnahmen der Maschine eingewechselt werden. Erfindungsgemaess sind an jedem Arm zwei Greiferpaare mit in einer gemeinsamen Schwenkebene rechtwinklig zueinander liegenden Griffzentren angeordnet, wobei die Griffzentren des einen Armes zu denen des anderen Armes diametral gerichtet, in gleichem Abstand zur Schwenkachse vorgesehen sind. Die Transportfuehrung verlaeuft parallel zum Magazin, welches rechtwinklig zueinander Speicherplaetze aufweist. Figur

Description

Titel der Erfindung

Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen mit einem schaltbaren Magazin,' das mehrere Speicherplätze für Werkzeuge aufweist, einer an der Maschine befindlichen Werkzeugaufnahme und einem zwischen Werkzeugaufnähme und Magazin beweglichen Transportmechanismus mit 180°«Schwenl<wechsler, der alo zweiarmiger Hebel mit Greifern ausgebildet ist, die die Werkzeuge in Formelementen ihrer Schäfte erfassen, wobei sich die Mittelebene der Formelemente mit der Schaftachse in einem Griffzentrum schneidet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind verschiedenartige technische Lösungen von Werkzeugwechseleinrichtungen bekannt, bei denen mittels schwenkbar gelagerter Werkzeugwechselgreifer die in einem Werkzeugmagazin gespeicherten Werkzeuge erfaßt, zum Transport übernommen und in die Werkzeugaufnahme der Maschine eingeführt werden und das vorher in der Werkzeugaufnahme befindliche Werkzeug wieder zum Magazin zurückbefördert wird.' Die Werkzeugaufnahme befindet sich entweder in der Arbeitsspindel oder in einem Werkzeugbehälter, der im speziellen Fall als Mehrfachhalter ausgebildet sein kann. Eine solche Ausführung ist unter anderen in der DE-AS l 752 271; 49 a, 3/16 offenbart. Ein seitlich eines Drehmaschinengestells befestigtes schaltbares Rundmagazin weist stirnseitig eingearbeitete Magazintaachen zur speicherung von in Werkzeugträgern gelagerten Werkzeugen aufν Ein Werkzeugwechselarm mit zwei Greifern, der eine Drehbewegung um 180° zu seiner Mittelachse ausführt, ist so ausgebildet, daß er von einer parallel zur Arbeitsspindel vorgesehenen Ruhelage um 90° geschwenkt «erden kann¹» so dfß er senkrecht zur Arbeitsspindel und paraljIl zur Achse des Rundmagazins gerichtet ist»

Die beiden Greifer sind zwecks Übernahme bzw> Obergabe der zu wechselnden Werkzeuge parallel zur Mittelachse axial verschiebbar im Werkzeugwechselorm geführt*·' Da der Werkzeugwecheelarm nur zwei festgelegte Schwenkendstellungen um 90° einnimmt,' ist es erforderlich, daß der Werkzeugechlitten mit darauf angeordnetem Werkzeug revolver in Richtung des Rundmagazins bis zur Fluchtung von Werkzeug revolver mit dem Werkzeugwechselarm in dessen Ruhelage verschoben wird,' um den Wechselvorgang durchführen zu können¹·' Die Aufnahmefähigkeit des Rundmagazine ist gering'»

Einer häufig erhobenen Forderung nach Unterbringung einer Vielzahl von Werkzeugen im Magazin bei relativ geringem Raumbedarf entsprechend/ ist nach der DE-OS 2 629 835; B 23 Q, 3/155 eine Werkzeugwechseleinrichtung für automatische Werkzeugmaschinen bekannt, bei der das Magazin aus koaxialen/ drehbaren Trommeln besteht, in denen die Werkzeuge radial,' um Winkelteilungen versetzt, gehaltert sindv Die Werkzeugwechseleinrichtung ist für das Einwechseln von Werkzeugen mit Steilkegelschaft aus dem horizontal gelagerten Trommelmagazin in eine um 90° dazu angeordnete horizontale Arbeitsspindel ausgelegt¹» Hierfür ist parallel zur Trommelachse ein verfahrbarer Schlitten vorgesehen, der auf einem Tragarm eine Greifzange trägt.

Bei der Vorwärtsbewegung erfaßt diese ein in ihrer Bewegungsbahn befindliches Werkzeug einer bestimmten Trommel in Formelementen/ die am Werkzeugschaft angearbeitet sind,' und nimmt es mit. Alle anderen Trommeln sind dabei so gedreht, daß sie mit Aussparungen',' die einen freien Durchgang des Werkzeuges gewährleisten, der Greifzange gegenüberstehen« Ein am Ende der Schlittenführung in Bereitschaftsposition befindlicher Einlege-

Entnahmemechanismus übernimmt des Werkzeug und befördert es in die Aufnahme der Arbeitsspindel·» Er besteht aus einem auf einer senkrechten Führungsbahn bewegbaren Schlitten/ der eine horizontale Stange t/'ägt, die in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist. Ein am Stangenende angelenkter Arm kann eine

90°-Schwenkbewegung von der vertikalen Bereitschaftsposition in eine horizontale Stellung parallel zur Achse der Arbeitsspindel ausführen. Er trägt einen mittig gelagerten 180°-Schwenkwechsler mit Greiferzangen an beiden Enden/ womit in Verbindung mit der Aushubbewegung der horizontalen Stange das bisher in der Arbeitsspindel aufgenommene Werkzeug gegen das neu einzuwechselnde Werkzeug in bekannter Weise ausgetauscht wird. Diese Einrichtung erfordert einen erheblichen technischen Aufwand,' der durch den Einsatz von drei Schlitten mit ihren Antrieben und den entsprechenden Führungen bedingt ist. Hinzu kommt die Antriebsbaugruppe für eine zusätzliche Schwenkbewegung des Armes für den Einlege- bzw, Entnahmemechanismus um 90°, sowie zwei separate öffnungs- und Schließmechanismen für die Betätigung der zusammenwirkenden Greiferzangen. Da zwischen der Greifzange des parallel zur Trommelachse verfahrbaren Schlittens und den Greiferzangen für den Einlegebzw· Entnahmemechanismus eine Zwischenübergabe notwendig ist; erhöht sich der Zeitanteil für den Werkzeugwechselvorgaog. Die heranfördernde Greifzange kann erst dann geöffnet und zurückbewegt werden, wenn die Obernahmezange voll geschlossen ist, wodurch der Bewegungszyklua kurzzeitig unterbrochen wird. Alle Werkzeuge müssen mit in Achsrichtung hintereinander liegenden doppelten Formelementen versehen sein, um eine lagerichtige Obergabe bzw. Übernahme zu gewährleisten. Bei der Vielzahl von Werkzeugen bedeutet das beträchtlichen Fertigungeaufwand und zusätzlichen Kostenanfall.

Mit den beschriebenen Werkzeugwechsellösungen erfolgt das Einsetzen der Werkzeuge in eine Werkzeugaufnahme, deren Lagerichtung konstant festliegt. Wenngleich bei der Einrichtung nach der DE-OS 2 629 835 der Einlege- bzw, Entnahmemechanismus durch Senkr6chtverschiebung dea Schlittens einer Höhenverstellung der horizontalen Arbeitsspindelaufnahme folgen kann, ist mit beiden Wechseleinrichtungen ein Einbringen von Werkzeugen in rechtwinklig zueinander gelagerten Aufnahmen, wie daa z. B. in Revolverköpfen oder; en Werkzeugmaschinenspindeln mit senkrecht angeordneter (Zusotzspindel für die Mehrseitenbearbeitung von Werkstücken der Fall sein kann, nicht realisierbar. Hierzu müßten weitere Transport« bzw. Obergabemechanismen und zusätzliche 90°-Schwenkeinrichtungen eingesetzt werden, was komplizierte

Bewegungsabläufe,¹ verlängerte Greiferwege und wesentlich erhöhte Werkzeugivechselzeiten, abg^^ohen vom weiteren Kostenaufwand, zur Folge hätte.

Wie bereits dargelegt, werden die Werkzeuge von den Werkzeugwechselgreifern zur Handhabung in Formelementen ergriffen,' die am Spannschaft oder einem Teil davon angearbeitet sind. Die Mittelebene der Formelemente schneidet die Schaftachse in einem Punkt/ der als Griffzentrum angesehen werden eoll'V Denkt man sich in die Greiforzange do3 Schwenkwechslers ein äquivalentes Griffzentrum hinein, so 1st das Werkzeug erfaßt, wenn beide Griffzentren zusammengeführt sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in einer universellen Bedienbarkeit von winkelabweichend gelagerten Werkzougaufnahmen, Es soll der technische Aufwand der Werkzeugwechseleinrichtung reduziert und eine optimale Auslastung der mögL ichen Werkzeugmagazinspeiche rpleitze erreicht werden« Gleichzeitig v/ird eine Verringerung der Werkzeugwechselzeit angestrebt«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen mit einem £chaltbaren Magazin, das mehrere Speicherplötze für Werkzeuge aufweist, sowie an der Maschine befindlichen Werkzeugaufnahmen und einem zwiuuhen Werkzeugaufnahmen und Magazin beweglichen Transportmechanlnmus mit 180 -Schwenkwechsler, der als zv/elarmiger Hebel mit Greifern ausgebildet ist, die die Werkzeuge in Formelementen ihrer Schäfte erfassen, wobei sich die Mittelebene der Foririelemente mit der Schaftachse in einem Griffzentrum schneidet, erfinderisch so auszubilden,' daß ohne zusätzliche Schwenk- und/oder Zwischenübergabemechanismen der 180 -Schwenkwechslar durch translatorische Bewegungen in rechtwinkligen Koordinatenachson im Direktzugriff Werkzeuge aus dem Magazin in um 90° versatzt gelagerte Werkzeugaufnahmen einwechseln kann»

Erfindungsgemäß wird da9 dadurch erreicht/ daß an jedem Arm des 180 -Schwenkwechslers zwei Greiferpaare mit in einer gemeinsamen Schwenkebene rechtwinklig zueinander liegenden Griffz&ntren angeordnet sind, wobei die Griffzentren des einen Armes zu den Griffzentren des anderen Armes diametral gerichtet/ in gleichem Abstand zur Schwenkachse vorgesehen sind· Der Schwenkwechsler ist senkrecht zur Schwenkachse querbewaglich auf einem längsverfahrbaren Transportschlitten aufgenommen/ dessen Führungsbahn parallel zum Magazin verläuft/ welches Speicherplätze mit im Winkel von 90° unterschiedlichen Achsrichtungen aufwaist.

Bei einer anwendungsorientierten Ausgestaltung der Erfindung an Drehmaschinen mit Werkzeugmehrfachhaltern zur Werkzeugaufnahme ist das Magazin zweckmäßigerweise als scheiben- oder zylinderförmiger Grundkörper ausgeführt, dessen Mantelfläche mit radial angeordneten Speicherplätzen für Außanbearbeitungswerkzeuge versehen ist, während die Stirnfläche mit auf konzentrischen Teilkreisen liegenden axialen Speicherplätzen für Innenbeairbeitungswerkzeuge ausgestattet ist, wobei die Achsrichtung jedes Werkzeuges in der Obernahme~/Übergabeposition des Schwonkwechslers mit derjenigen dos Werkzeughalters identisch ist*

Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden relativ einfache Bewegungsabläufe für den Werkzeugwechsel ermöglicht. Die Ausgestaltung des 180°-Schwenkwechslers gewährleistet bei Ausnutzung seines ohnehin erforderlichen Schwenkantriebes, daß nur mit translatorischon Antrieben in rechtwinkligen Koordinatenachsen ein Werkzeugwechsel ohne Zwischenschaltung von Übergabemechanismen oder weiteren Schwenkantrieben direkt realisierbar ist« Damit sind Störquellen im Bewegungszyklus, die bei Zwischenübergaben durch Verkanten von Werkzeugen oder Achsschräglagen infolge verschlissener Führungselemente auftreten können, vermieden.

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Außerdem ergeben eich kürzere Greiferwege und damit günstigere Weohselzeiten¹. Ea ist möglich, sowohl linear bewegliche Magazine/ als auch drehwinkelechaltbare Magazine zum Einsatz zu bringen/ wenn entsprechende Speichorplätze im Winkel von 90° vorgesehen werden¹·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeiapiel näher erläutert?« Die zugehörige Zeichnung enthält die Werkzeugwechseleinrichtung in schematischer Darstellung¹· Eine nur andeutungsweise gezeigte Werkzeugmaschine I¹/ die zV i3'i eine numerisch gesteuerte Horizontalbohr- und Fräsmaschine oder oin Bearbeitungszentrum zur Mehrseitenbearbeiiung von Werkstücken sein kann/ beaitzt einen Spindelstock 2 mit angetriebener horizontaler und vertikaler Arbeit sspindel 3; 4/ in deren Spindelaufnahmen Werkzeuge 5; 5* ; 6; 6' aus einem Magazin 7 eingewechselt werden. Das als Trommel ausgebildete Magazin 7 ist um eine senkrechte Achse 8 drehbeweglich auf einem Sockel 9 gelagert. In die Mantelfleche 10 sind in mehreren Etagen radial/ unter gleicher Winkelteilung/ Aufnahmebohrungen eingearbeitet/ welche Speicherplötze 11 für die Werkzeuge 5; 5* bilden. Auf konzentrischen Teilkreisen liegende Aufnahmebohrungen/ die axialgerichtet in die Stirnfläche 12 eingebracht sind, dienen als Speicherplätze 13 für die Werkzeuge 6; 6'« Die Anzahl der möglichen Speicherplätze 11; 13 im Magazin 7 ist abhängig von der Größe der einzusetzenden Werkzeuge 5; 5* 6; 6* und richtet sich nach dem Trommeldurchmesser/ der Etagenanzahl sowie dem erforderlichen Zugriffsraum. Das Magazin 7 kann eine taktweise oder kontinuierliche Drehung um seine Achse 8 ausführen/ wodurch es das jeweils für die Bearbeitung nachfolgend benötigte Werkzeug 5; 6' oder eihon leeron Speicherplatz 11;13 in eine Obergabe-/Obernahmeposition zu einem Schwenkwechsler 14 bringtc Das Magazin 7 kann auch aus einzelnen Ringen bestehen, so daß jede Etage für sich gedreht werden kann. Parallel zur Achse 8 des Magazins 7 igt eine Füh-

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rung 15 für einon Transportschlitten 16 am Gestell der Werkzeugmaschine 1 befestigt. Der Transportschlitten 16 ist längsverfahrbar entsprechend Pfeilrichtung "y" ^una< trägt eine Querführung 17 für einen in Pfeilrichtung "x" verschiebbaren Schlitten 18. Die Bewegung der Schlitten 16; 18 erfolgt durch an «ich bekannte,' numerisch gesteuerte Antriebe. Auf dem Schlitten 18 ist ein Gehäuse 19 aufgenommen,¹ in welchem der um eine Mittelachse 20 jeweils um 180° taktwoise drehbare Schvvenkwechsler 14 gelagert und der Schv/enkantrieb untergebracht ist. Oeder Arm 21; 22 des Schwenkwechslers 14 trägt zwei nicht dargestellte Greiferpaare, mit in einer gemeinsamen Schwenkebene rechtwinklig zueinander liegenden Griff-Zentren G₁; Q bzw. G₃; G₄, Die GriffZentren G₁; G- des Armes sind zu den GriffZentren G₃; G des Armes 22 diametral ausgerichtet in jeweils gleichem Abstand zur Mittelachse 20 vorgesehene Die Betätigung der Greiferpaare kann durch Faderkraft erfolgen, während das öffnen beispielsweise hydraulisch vorgenommen wird. Die Werkzeuge 5; 5'/ 6; 6* besitzen einheitliche Spannschäfte und weisen eine Ringnut auf, in die die formadäquaten Greifer einfassen.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Die Werkzeugwechselaufgabe soll darin bestehen, ein Werkzeug 5' aus dem Magazin 7 zu entnehmen und in die Spindelatifnahme der horizontalen Arbeitsspindel 3 einzusetzen, sowie das bisherige Werkzeug 5 zu entfernen und in einen leeren Speicherplatz 11 des Magazins 7 zurückzuführen.

Der Schwenkwechsler 14 steht in Position "I"^f. Das Magazin 7 wird gedreht, bis im Suchlauf das vorbestimmte Werkzeug 5* der angewählten Etage in einer senkrechten Ebene mit dom Schwenkwechsler 14 in Obergabeposition zu stehen kommt. Danach wird der Schlitten 18 nach links verschoben, bis der Arm 21 mit geöffneten Greifern des Griffzentrums G mit der Ringnut des Werkzeuges 5' eine übereinstimmende Lage erreicht hat"." Durch Schließen dc-T Greifer wird das Werkzeug 5' erfaßt und beim ZurückbewegeiJ des Schlittens 18 in die Position ^HI" aus

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der Aufnahmebohrung des Speicherplatzes 11 ausgezogen,' so daß sich das Spannschaftende freistehend vor dem Magazin befindet¹;, Mit geöffneten Greifern im Griffzentrum G₃ verfährt der Schwenkwechsler 14 durch Antriebabewegung beider Schlitten 16; 18 in die Position "II",' wo die Greifer des Griffzentrums G₃ mit der Ringnut des in der Arbeitsspindel 3 befindlichen Werkzeuges 5 eine deckungsgleiche Lagt» einnehmen· Nun werden auch diese Greifer geschloasen', wodurch das in der Arbeitsspindel 3 noch festgespannte Werkzeug 5 erfaßt ist. Die interne Spanneinrichtung der Arbeitsspindel 3 wird danach gelöst und der Antrieb dea Schlittens 18 eingeschaltet, wobei mit der Verfahrbewegung nach links das Werkzeug 5 aus der Spindelaufnahme entfernt wird« Der Schwenkwechsler 14 wird so weit verfahren, bis eine kollisionsfreie Schwenkbewegung von 180° um seine Mittelachse 20 gewährleistet ist. Nach erfolgter Schwenkbewegung (SchwenkwinkelcC ) fluchtet die Achse des neuen Werkzeuges 5' mit der Achse der horizontalen Arbeitsspindel 3. Der Schwenkwechsler 14 fährt erneut die Position "II" an, wobei das Werkzeug 5* in die Spindelaufnahme eingeführt wird. Ist dies6 Position "II" erreicht, so tritt die interne Spanneinrichtung der Arbeitsspindel 3 in Funktion, die Greifer des Griffzentrums G₁ öffnen sich und der Schwenkwechsler 14 bewogt sich in die Position "I" zurück. Dort angekommen, wird nur der Schlitten 18 angetrieben, dar bei seiner Bewegung nach links das ausgewechselte Werkzeug 5 in die Aufnahmebohrung des leeren Speicherplatzes 11 einführt. Dabei wird ein gefederter Schnapper überdrückt, der anschließend in das Werkzeug 5 einrastst und es im Magazin 7 gegen Lösen sichert. Die Greifer des Griffzentrums G₃ öffnen steh und der Schwenkwechsler fährt in seine Ausgangsstellung nach Position "I^K zurück-· Selbstverständlich sind alle anderen Speicherplätze 11; 13 ebenfalls mit gefederten Schnappern ausgerüstet.' Es versteht sich, daß bei entsprechender Steuerungsauslegung das ausgewechselte Werkzeug 5 auch an einen anderen leeren Speicherplatz 11 übergeben werden kanni wofür in der Mehrzahl aller Fälle eine zusätzliche Drehung des Magazins 7 erforderlich wird«

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Oe nach angewählter Etage nimmt dabei der Schwenkwechsler eine zur Position T analoge Ausgangsstellung vor der jeweiligen Etage einV

Sollen Werkzeuge 6 in die senkrechte Arbeitsspindel 4 gewechselt werden,' so sind ähnliche Bewegungsabläufe des Schwenkwechslers 14 erforderlich, jedooh mit dem Unterschied/ daß hierfür ausschließlich Werkzeuge 6* aus den axialsn Speicherplätzen 13 auf der Stirnfläche 12 des Magazins 7 zum Einsatz gelangen·»' Am Schwenkwechsler 14 tretendabei die Greiferpaare mit den GriffZentren G ; G₄ in Tätigkeit, Die Wechselstellung,' in der das Werkzeug 6 von den Greifern im Griffzentrum G erfaßt ist/ ist durch die Position "HI" ve ran schaulieh f.

Claims (1)

1. Patentansprüche j

   1. Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugma8chinen mit einom echaltbaren Magazin, das mehrere Speichorplätze für Werkzeuge aufweist, einer an der Maschine befindlichen Werkzeugaufnahme und ei nein zwischen Werkzeugaufnahme und Magazin beweglichen Transportmechanismus mit 180°-Schwenk~ wechaler,' der als zweiarmiger Hebel mit Greifern ausgebildet ist, die die Werkzeuge in Formelementen ihrer Schäfte erfassen, wobei sich die Mittelebene der Formelemente mit der Schaftachse in einem Griffzentrum echneidet, gekennzeichnet dadurch,

   daß an jedem Arm (21; 22) dee Schwenkvvechslers (14) zwei Greiferpaare mit in einer gemeinsamen Schwenkebeno rechtwinklig zueinander liegenden Griffzentren (G ; G bzw« G₃; G₄) angeordnet sind, wobei die GriffZentren (G₁; G) des einen Armes (21) zu den GriffZentren (G,; G.) des anderen Armes (22) diametral gerichtet, in gleichem Abstand zur Schwenkachse (20) vorgeseher, sind, daß der Schwenkwechsler (14) senkrecht zur Schwenkachse (20) querbeweglich auf einem längsverfehrbaren Transportschlitten (16) aufgenommen ist, dessen Führungsbahn (15) parallel zum Magazin (7) verläuft und daß im Magazin (7) Speicherplätze (11; 13) mit im Winkel von 90° unterschiedlichen Achsrichtungen vorhanden sind«

   2« Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen, mit als Werkzeughalter ausgebildeter Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1,
   gekennzeichnet dadurch,

   daß das Magazin (7) als scheiben- oder zylinderförmiger Grundkcrper ausgeführt ist, dessen Mantelfläche (10) mit radial angeordneten Speicherplätzen (11) für Außenbearbeitung swerkzeuge vorsehen ist, während die Stirnfläche (12)

   mit auf konzentrischen Teilkreisen liegenden axialen Speicherplätzen (13) für Innenbearbeitungswerkzeuge ausgestattet ist, wobei die Achsrichtung Jedes Werkzeuges in der Obernahme-/0bergabeposltlon des Schwenkwechslers (14) mit derjenigen des Werkzeughalters Identisch isfi

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