DE1477217B2 - Werkzeugmaschine zur automatischen ausfuehrung mehrerer aufeinanderfolgender bearbeitungsvorgaenge mit verschiedenen spanwerkzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht «ich auf eine Werkzeugmaschine zum automatischen Aus Uhren einer Reihe aufeinanderfolgender Bearbeitungsvorgänge mit verschiedenen Spanwerkzeugen, die mit einer mit Speicher und Wählvorrichtung versehenen Werkzeugwechselvorrichtung und einem drehbar auf einem Schlitten gelagerten Schwenkkopf mit zwei Spindeln ausgestattet ist, die durch den Schwenkkopf wechselweise in die Bearbeitungsstation und die Werkzeugwechselstation bewegbar sind.

Die Erfindung hat sich die Lösung der Aufgabe zum Ziel gesetzt, gewisse Unvollkommenheiten zu vermeiden, die den dem Stand der Technik angehörenden Vorrichtungen noch anhaften, welche zum Auswechseln des Werkzeugs an der Spindel einer Werkzeugmaschine, deren Arbeiten dabei jedoch nicht unterbrochen wird, gegen ein aus mehreren Werkzeugen, die in einem mit der Werkzeugmaschine verbundenen Abteil vorrätig gehalten werden, ausgewähltes Werkzeug dienen. Zu diesen Unvollkommenheiten, die den Anwendungsbereich dieser Vorrichhingen zum selbsttätigen Einspannen von Werkzeugen an Werkzeugmaschinen einschränken, gehören die verhältnismäßig lange Dauer eines solchen Werkzcugaustauschs. die Kompliziertheit des zum Austauschen erforderlichen Mechanismus und die Größe und Kosten des für eine solche Vorrichtung erforderlichen Inventariums an SpezialWerkzeughaltern.

Automatische Werkzeugwechselvorrichtungen an Bearbeitungsmaschinen, die die Anpassungsfähigkeit dieser Maschinen an Bearbeitungsverfahren verschiedener Art erweitern, existieren bereits in großer Fülle und Verschiedenartigkeit in der Werkzeugmaschinentechnik. Bei Werkzeugmaschinen für mittlere Produktion mit elektronischer numerischer Steuerung, um ein Beisipel zu nennen, sind zwei Hauptspindeln vorgesehen, von denen immer je eine im Einsatz ist; diese ist waagerecht in der sogenannten Arbeitsstation angeordnet und wird zur Ausführung des Bearbeitungsvorganges von einem Motor angetrieben, während die andere Hauptspindel in einem drehbaren Schwenkkopf gelagert ist, der gegen die Achse der ersten Spindel geneigt ist und bei laufender erster Spindel bereits zur Ausführung des nächsten Bearbeitungsganges im Schwenkkopf gerüstet wird. Der Schwenkkopf bildet einen Teil einer mit Werkzeugmagazin ausgestatteten Einheit und bringt durch seine Drehung jeweils ein aus dem Magazin gewähltes Bearbeitungswerkzeug zum Einsatz. Beide Arbeitsspindeln werden also abwechselnd in die Werkzeugwechselstation und in die Arbeitsstation gebracht. Die Winkelstellung der beiden Arbeitsspindeln gegeneinander, wie sie der besprochenen Konstruktion zugrunde liegt, ist jedoch nicht so günstig für die Lagerung der Ausrüstungsteile wie eine Anordnung mit einander parallelen Spindeln. — Eine andere, zur Ausführung einer Reihe verschiedener Bearbeitungsvorgänge an einem Einzelwerkstück oder einer Anzahl von Werkstücken in rascher Folge geeignete Werkzeugmaschine besitzt eine automatisch betätigte Werkzeugwechselvorrichtung und eine auf kleinstem Raum unterbringbare Werkzeugspeichervorrichtung, aus der ein darin angeordneter drehbarer Ring das gewünschte, in die Werkzeugwechselstation einzuführende Zfrspanungswerkzeug, das durch eine Werkzeugbezeichnungsvorrichtung mit den dazu erforderlichen Daten versehen worden ist, herausnimmt und es auf einer Kreisbahn der Werkzeugwechselstation zuführt, an der es samt den anderen auf dem Ring angeordneten Werkzeugen durch eine von der Werkzeugbezeichnungsvorrichtung betätigte Steuervorrichtung festgehalten wird; hier wird das für den weiteren Bearbeitungsvorgang einzusetzende Zerspanungswerkzeug durch die automatisch arbeitende Werkzeugwechselvorrichtung der Reihe der anderen Werkzeuge entnommen und in die bereitgehaltene Arbeitsspindel eingesetzt, während gleichzeitig das Zerspanungswerkzeug, das den vorhergehenden Arbeitsvorgang ausgeführt hat und während der Zuführung des neuen Werkzeugs im Einsatz geblieben ist, durch die Werkzeugwechselvorrichtung aus seiner Arbeitsspindel herausgenommen und der Werkzeugspeichervorrichtung zugeführt wird. Die Zerspanungsarbeit wird also durch den Werkzeugwechsel nicht unterbrochen; jedoch ist auch diese Einrichtung von den genannten Unvollkommenheiten nicht ganz frei.

Zur Erhöhung der Anpassungsfähigkeit der Werkzeugmaschinen unter gleichzeitiger Wahrung möglichster Einfachheit und Billigkeiten derselben schlägt die E. findung vor. die Achsen der beiden in dem drehbar auf dem Schlitten gelagerten Schwenkkopf angeordneten Spindeln der Werkzeugmaschine parallel zueinander und auf entgegengesetzten Seiten der Schwenkkopfdrehachse, und zwar um das gleiche Ausmaß gegeneinander versetzt, anzuordnen. Zweckmäßigerweise weist dabei jede der beiden Spindeln in an sich bekannter Weise eine von einem am Hinterende der Spindelachse angeordneten Motor angetriebene Zugstange auf, die sich am hinteren Teil einer jeden Spindel längs der Spindelachse erstreckt, so daß die Befestigung eines Spanwerkzeugs im vorderen Teil der Spindel ermöglicht wird.

Die genannte Anordnung hat zunächst den Vorteil aufzuweisen, daß die Leerlaufspindel und die Werkzeugwechselvorrichtung vollständig aus der Bearbeitungszonc herausgenommen sind, so daß eine Stö-

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rung des Arbeitswerkzeiiges vermieden und ein durch Späne od. dgl. verursachtes nicht einwandfreies Arbeiten der Vorrichtung verhütet wird. Ein zweiter Vorteil ist dadurch gegeben, daß am Ende einer jeden Spindel ein Zugstangenm.r.;or angeordnet werden kann, so daß das Einspannen und das Lösen des jeweils von den Spindeln geführten Werkzeugs erleich-KTt wird. Ein dritter Vorteil liegt darin, daß für jede Spindel ein Zahnradvorgelege vorgesehen werden kann, um dasjenige Drehmoment erzeugen zu könneu, das für große Spanwerkzeuge erforderlich ist, was bei bekannten Werhzeugmaschinenausführungen ,.ler vorstehend angedeuteten Art der winkligen Anordnung der Spindeln wegen nicht möglich ist. die die Anordnung eines Zahnradvorgeleges verhindert.

An Hand der Zeichnungen soll jetzt eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. In den ^Zeichnungen stellt dar

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Waagerechtfräsmaschine mit einer Lehren der vorliegenden Erfindung ■·. erkörpernden selbsttätigen Werkzeugwfjchselvorlichtung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des von der Stirnseite der Maschine aus gesehenen Spindeldrehkopfes und

F i g. 3 einen längs der Linie 3-3 in F i g. 2 durch die Maschine gelegten Querschnitt.

Die in F i g. 1 dargestellte Waagerechtfräsmaschine, auf die der Zeichnung gemäß die Erfindung Anwendung gefunden hat, schließt ein waagerechtes Werkzeugmaschinengestell 12 ein, auf das ein lotrechter Maschinenständer 13 aufmontiert ist. Der Ständer ist mit zwei vertikal verlaufenden, einander parallelen Führungen 14 und 15 versehen, die zur Führung eines in Vertikalrichtung auf dem Maschinenständer 13 entlanggleitenden Schlittens 16 dienen. Im Schlitten 16 ist ein Schwenkkopf 17 und für die zur Anwendung kommenden Werkzeuge ein trommelförmiger Werkzeugspeicher 18 gelagert. Die Vertikalbewegung des Schlittens 16 wird durch die Leitspindel 19 bewirkt, die mit einer (nicht wiedergegebenen) vom Schlitten 16 getragenen Mutter kämmt, wobei die Leitspindel durch einen hydraulischen, auf dem Maschinenständer 13 montierten Motor 20 angetrieben wird.

Das zu bearbeitende Werkstück kann in zweckmäßiger Weise an einem Arbeitstisch 21 festgespannt .verden. der auf parallelen, an der oberen Fläche eines Bettschlittens 24 vorgesehenen Führungen und 23 gleitend verschiebbar ist. Der Bettschlitten ist seinerseits so angeordnet, daß er mittels zweier an der oberen Fläche des Werkzeugmaschinengestells vorgesehener paralleler Führungen 25 in einer zu derjenigen des Arbeitsüschs senkrechten Richtung clcitend verschoben werden kann.

Wie in F i g. 3 dargestellt und wie dies auch die F i g. 2 erkennen läßt, ist der Schwenkkopf 17 mit zwei drehbar in ihm gelagerten Spindeln 30 und versehen. Beide Spindeln sind so angeordnet, daß sie durch den Motor 32 (Fig. 1) angetrieben werden können, der irn Werkzeugmaschinengestell 12 gelagert ist und durch einen Riementrieb 33 mit einem (nicht wiedergegebe/ien) Gangwechselgetriebekasten im Maschinengestell verbunden ist. Die Abtriebswelle dieses Wechselgetriebes treibt eine lotrechte, mit Keilnut versehene Welle 34 an, die durch den Schlitten 16 hindurchgeht. In diesem Schlitten geht iip durch ein mit Inßenkeilnut versehenes Kegelzahnrad 35 hindurch, das durch eine Haltevorrichtung gegen eine Vertikalverschiebung im Schlitten in Richtung der Welle 34 gesichert ist. Das Zahnrad 35 kämmt mit einem Kegelzahnrad 36, das am einen Ende einer Welle 37 befestigt ist, die sowohl im Schlitten 16 als auch im Schwenkkopf 17 gelagert is'.. Die einwandfreie Lagerung dieser Welle in zwei Maschinenteilen, von denen der eine verschwenkbar ist, wird dadurch ermöglicht, daß die Drehachse des Schwenkkopfs 17 mit der Achse der Welle 37 zusammenfällt. Auf der Welle 37 ist im Schwenkkopf ein zweites Kegelzahnrad 38 aufgezogen, das mit zwei Kegelzahnrädern 40 und 41 (F i g. 3) kämmt, die den Spindeln 30 und 31 zugeordnet sind und über die Vorgelegewellen 42, 43 und Hoch- und Niedrig-Geschwindigkeitsgetriebe diese Spindeln antreiben. Da diese beiden den Spindeln 30, 31 zugeordneten Vorgelegewellen, die Spindeln 30 und 31 selbst und auch die diesen zugeordneten Geschv.i'idigkeitsgetriebe die gleiche Konstruktion besitzen, soll .m folgenden nur von der mit der Vorgelegewelle 43 in Verbindung stehenden Spindel 31 die Rede sein.

Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ist die Vorgelegewelle 43 an ihren entgegengesetzten Enden im Gestell des Schwenkkopfes 17 gelagert. An ihr ist ein Stirnzahnrad 47 von kleinem Durchmesser befestigt, das mit einem Stirnzahnrad 48 von großem Durchmesser kämmt, welches durch Wälzlager 49 drehbar auf der Spindel 31 gelagert ist. Die Vorgelegewelle trägt auch ein Stirnzahnrad von großem Durchmesser 50, das mitteis Wälzlagern 51 drehbar auf der Vorgelegewelle gelagert ist. Mit diesem Zahnrad ist das angetriebene Glied 52 einer mit der Erregerspule 54 versehenen Elektromagnetkupplung 53 verbunden. Die Spule 54 liegt fest, da sie in ein mit dem Gestell des Schwenkkopfes fest verbundenes Genaust eingebaut ist. Sie wird von einem Antriebsglied 56 der Kupplung umgeben, das mit der Vorgelegewelle 43 verkeilt und mit Kupplungszähnen ausgestattet ist, die bei Frregung der Spule in entsprechende, auf dem angetriebenen Glied 52 vorgesehene Zähne eingreifen. Hierdurch kann das große Stirnzahnrad 50 beliebig mit der Vorgelegewelle 43 verbunden und mit ihr zusammen rotieren gelassen werden. Das Zahnrad kämmt mit einem kleinen Stirnzahnrad 57. ein«, auf die Spindel 31 aufgekeilt ist. Wird daher die Magnetkupplung erregt, so wird die Spindel 31 durch die Zahnräder 50 und 57 mit hoher Geschwindigkeit angetrieben werden, während das Zahnrad 48 icer auf djr Spindel mitläuft.

Eine niedrige Drehzahl der Spindel 31 wird durch eine zweite Magnetkupplung 65 eingestellt, die eine ruhende Erregerspule 66. ein mit dem Zahnrad fest verbundenes Antriebsglied 67 und ein die Spule 66 umfassendes und mit der Spindel 31 verkeiltes getriebenes Glied 68 besitzt. Wird daher die Spule erregt, so wird das Zahnrad 48 mit der Spindel 31 in Verbindung gebracht werden und diese mit geringer Geschwindigkeit antreiben, vorausgesetzt natürlich, daß Kupplung 53 entregt ist.

Die Spindel 31 ist durch ein rückwärtiges Wälzlager 60 und zwei vordere Wälzlager 61 und 62 drehbar im Schwenkkopf gelagert. Sie besitzt auch eine in ihrer Achsrichtung verlaufende Bohrung zur Aufnahme einer Zugstange 69, die durch eine Antriebsvorrichtung nach An der in der USA.-Patentschrift 2 667 819 wiedergegebenen Befestigungsvorrichtung eines Werkzeughalters am Spindelkopf betätigt wer-

den kann. Die Zugstange ist an ihrem Vorderende gen in einen Werkzeughalter der gleichen Ausführung

mit Gewindegängen versehen, die in entsprechende wie der in Fig. 3 wiedergegebene Halter 70 einge-

Gewindegänge am rückwärtigen Ende eines Werk- spannt. Die Schaltteile eines jeden Werkzeugs und je-

zeughalters 70 mit geradem, daran sitzendem Schaft der Werkzeughaltergruppe besitzen daher die gleiche

71 eingreifen können, der durch die selbsttätige 5 Länge und den gleichen Durchmesser, und jeder be-

Werkzeugwechselvorrichtung in den Spindelkopf ein- sitzt eine Einsattelung ähnlich der Einsattelung 72.

geführt und aus diesem herausgezogen werden kann. um von den Greiffingern des Wechselarmes in der

Zu diesem Zweck ist der Werkzeughalter mit einer Werkzeugwechselstation erfaßt werden zu können,

ringförmigen Einsattelung 72 versehen, die durch Der Schwenkkopf 17 ist so gelagert, daß er sich in

zwei Greiffinger an einem Werkzeugauswechselarm io einer Kreisbahn 91 auf dem Schlitten 16 um die

erfaßt werden kar.n. wie im nachstehenden beschrie- Achsi· der Welle 37 (Fig. 1) drehen kann. Teilbewe-

ben werden soll. gungen des Schwenkkopfes werden durch einen Fliis-

Das Vorderende der Zugstange ist auch mit einem sigkeitsmotor 1 MF bewirkt, der eine Welle 92 anBund 73 versehen, der einer Unterlegscheibe 74, die treibt, die eine mit einem am Schwenkkopf 17 befeüber das mit Gewinde versehene Ende der Zugstange 15 stigten Schneckenrad 94 im Eingriff stehende geschoben werden kann, eine Auflage darbietet. Der Schnecke 93 trägt. Eine Weiterschaltung um 180 des Werkzeughalter 70 kann im Spindelkopf durch eine Schwenkkopfes wird durch zwei an ihm befestigte Quetschhülse 75 festgespannt werden, die mit ihrem Sperrstifte 95 ermöglicht, die sich gegen einen festen rückwärtigen Ende an der Unterlegscheibe 74 und Anschlag 96 am Stahlhalter 16 anlegen können, womit ihrem Vorderende an der hinteren Fläche des ao durch ein sicheres Stehenbleiben des Schwenkkopfes Auflageringes 76 anliegt. Dieser Ring wird durch ein in jeder der betreffenden Stellungen gewährleistet ist. am Spindelkopf mit Schrauben 78 befestigtes Mitneh- Wie bereits im Vorstehenden bemerkt, ist die Mamerblech 77 an seiner Stelle im Spindelkopf gehalten. schine mit einem Werkzeugspeicher versehen, der in Der Werkzeughalter ist mit Zähnen oder einer Riffel- der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die verzahnung 79 versehen, die in ähnliche, zur Ubertra- as F"\m einer drehbaren Trommel 18 bes.tzt, die von gung des Drehmoments von der Spindel auf den einem an der Rückseite des Schlittens 16 befestigten Werkzeughalter 70 dienende Zähne am inneren Um- Getriebehäuse getragen und von einem ir diesem Gefang des Mitnehmerblechs 77 eingreifen können. hause befindlichen Flüssigkeitsmotor gudreht wird.

Wird der Werkzeughalter durch die selbsttätige Durch eine mit dem Antriebsmechanismus verbun-Wcrkzcugwechseivorrichtung in den Spindelkopf ein- 30 dene Rastvorrichtung wird die Trommel 18 jedesmal, geführt, so wird die Zugstange 69 in der Spindel ge- wenn sich einer der auf ihr vorgesehenen Werkzeuggen den Druck einer Feder 83 nach hinten gestoßen. behälter in der Werkzeugwechselskation befindet. Wird die Zugstange anschließend durch den in an stillgesetzt.

sich bekannter Weise am Hinterende der Spindel- Während des Arbeitens der kraftbetriebenen Zugachse angeschlossenen (nicht wiedergegebenen) An- 35 Stangenvorrichtung werden die Spindeln 30 und 31 triebselektromotor 6 MTR der kraftbetätigten Zug- durch Sperrscheiben gegen Drehung gehalten, an die Stangenvorrichtung in Drehung versetzt, so wird das sich die Tauchkolben druckluftzylinderbetätigter mit Gewinde versehene Ende der Zugstange in das Haltevorrichtungen anlegen. Eine dieser Sperrschei-Gewindeloch im Hinterende des Werkzeughalters ben. die Scheibe 243. und einer dieser Tauchkolben, eintreten und es in den Spindelkopf hineinziehen, bis 40 der Kolben 245, dem der Druckluftzylinder 247 zueine am Werkzeughalter vorgesehene Schulter 85 die geordnet ist. sind in F i g. 3 wiedergegeben.
Vorderfläche des Auflageringes 76 berührt. Danach Die Übertragung der Werkzeuge zwischen der wird die Quetschhülse 75 zwischen der Unterleg- rückwärtigen Arbeitsspindel 31 und dem als Tromscheibe 74 und der hinteren Fläche des Auflageringes mel ausgebildeten Werkzeugspeicher erfolgt durch zusammengedrückt werden und einen festen Sitz des 45 einen in F i g. 1 ganz rechts wiedergegebenen Aus-Werkzeughalters in der Spindel bewirken. wechselarm, der um einen festen Drehpunkt ver-

Die Zugstange 69 nimmt in ihrer Axialbohnmg schwenkbar ist und der an seinem enxn Ende mit eine Schubstange 86 auf, die in der Nähe ihres vorde- zwei durch eine Spannfeder verbundenen Greiferfinren Endes einen Bund 87 trägt, der durch eine gern versehen ist, die die Einsattelung 72 des Werk-Druckfeder 88 an einen in einer Ringnut der Bohrung 50 zeughalters federnd umschließen und das betreffende (in der Darstellungsweise der F i g. 3 gesehen unmit- Werkzeug erfassen können, wobei das selbsttätige telbar links von Bund 87) sitzenden, nicht wiederge- Öffnen der Finger durch Nocken und Rollen herbeigebenen Sprengring gedrückt wird. Die Schubstange geführt wird. Die Einwärts- und die Auswärtsbeweerstreckt sich rückwärts ois in die Nähe des Antriebs- gung des Auswechselarmes relativ zur Werkzeugelektromotors 6MTR, wo sie einem Schaltorgan 55 trommel und zum Schwenkkopf erfolgt durch einer eines diesen Motor betätigenden Grenzschalters ge- hydraulischen Antrieb über einen auf Führungen an genübersteht; durch diese Anordnung wird erreicht, Schlitten 16 entlanggeführten Schlitten, und die daß beim Einführen eines Werkzeughalters in den bei der Werkzeugauswechslung auszuführender Spindelkopf der auf Bund 87 wirkende Sprengring Schwenkbewegungen des Armes werden durch eii gleichfalls eine Rückwärtsbewegung der Schubstange 60 mit diesem Schlitten in Verbindung stehendes Zahn 86 und damit eine Betätigung des erwähnten Grenz- Stangengetriebe hervorgerufen. Die Lage des dei schalters bewirkt, die die Drehung des Zugstangen- Arm zwischen Werkzeugwechselstation und Bearbei motors 6 MTR einleitet tungsstation hin- und herschiebenden Schlittens um

Um die selbsttätige Beförderung der Werkzeuge die Drehstellung des Armes werden durch Grenz

durch die Werkzeugwechselvorrichtung zu erleich- 65 schalter abgetastet, die über eine Relaisscbaltung un<

tern, ist jedes Werkzeug der in dem Speicher der solenoidbetätigte Ventile die hydrauliscnen und elek

Werkzeugmaschine für die einzelnen Bearbeitungs- frischen Betätigungsorgane des Armes in Tätigkei

vorgänge bereitgehaltenen Reihe von Spanwerkzeu- setzen bzw. abschalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   J. Werkzeugmaschine zum automatischen Ausführen einer Reihe von aufeinanderfolgenden Bearbeitungsvorgängen mit verschiedenen Spanwerkzeugen, mit einer mit Speicher und Wählvorrichtung ausgestatteten Werkzeugwechselvorrichtung und einem drehbar auf einem Schlitten gelagerten Schwenkkopf mit zwei durch den Schwenkkopf wechselweise in die Bearbeitungsstation und die Werkzeugwechselstation bewegbaren Spindeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der beiden Spindeln (30, 31) parallel zueinander und auf entgegengesetzten Seiten der Drehachse des Schwenkkopfes (17) um das gleiche Ausmaß versetzt angeordnet sind.
2. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spindeln in an sich bekannter Weise eine von einem am Hinterende der Spindelachse angeordneten Motor (6 MTR) angetriebene Zugstange (69) aufweist, die sich längs der Spindelachse am hinteren Teil einer jeden Spindel erstreckt, um ein Spanwerkzeug im vorderen Teil der Spindel befestigen zu können. as