DE19708786A1 - Werkzeugtragender Revolverkopf für Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehbänke oder ähnliche Beareitungszentren - Google Patents
Werkzeugtragender Revolverkopf für Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehbänke oder ähnliche BeareitungszentrenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen werkzeugtragenden
Revolverkopf für Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehbänke oder
ähnliche Bearbeitungszentren, mit einem fest angeordneten Tragkörper,
der mit einem ersten, feststehenden Zahnkranz und einem zweiten Zahn
kranz versehen ist, der eine an ihm befestigte, werkzeugtragende Platte
aufweist und starr mit einer Indexscheibe drehbar ist, die auf einer
koaxialen Antriebswelle des Revolverkopfes angeordnet ist.
Allgemein betrachtet, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen
werkzeugtragenden Revolverkopf für automatische Werkzeugmaschinen,
die mit Einrichtungen zum Anhalten der Drehung einer werkzeugtragen
den Platte versehen sind, wobei eine automatische Zentrierung der Win
kelausrichtung einer Einrichtung zum Verriegeln des Revolverkopfes
selbst vorgesehen ist.
Es ist bekannt, auf welche Art und Weise die verschiedenen mechani
schen Operationen zur Bearbeitung einer großen Anzahl von Werk
stücken die aufeinanderfolgende Anwendung von verschiedenen Werk
zeugen in einer programmierten und automatisch gesteuerten Sequenz
für jeweils das gleiche Werkstück mit einschließen.
Zu diesem Zweck wird das Werkstück üblicherweise auf einer Dreh
bank bzw. einem ähnliche Bearbeitungszentrum angeordnet, welche bzw.
welches mit einer Hilfsvorrichtung ausgerüstet ist, welche einen Revol
verkopf aufweist, der verschiedene Werkzeuge trägt, die radial und/oder
frontal an einer sich drehenden Platte angeordnet sind, wobei eine ge
steuerte Drehung dieser sich drehenden Platte die Werkzeuge, welche in
einem jeden Falle vorgewählt sind, in die Bearbeitungsposition bringen,
um die erforderliche Bearbeitung des Werkstücks auszuführen.
Eine grundlegende Anforderung, welche während derartiger Bearbei
tungsvorgänge gestellt wird, besteht in der Herabsetzung der Totzeit
bzw. der Leerlaufzeit, die sich insbesondere aufgrund derjenigen Zeit
ergibt, welche für ein Wechseln des Werkzeugs und zum Wiederauf
nehmen der Bearbeitung des Werkstücks erforderlich ist.
Diese Totzeit bzw. Leerlaufzeit, welche aus Gründen der Bequemlich
keit als "Taktzeit" definiert wird, ist im wesentlichen diejenige Zeit,
welche notwendig ist, um es dem Revolverkopf zu ermöglichen, sämt
liche Bewegungen auszuführen, welche dazu vorgesehen sind, um ein
neues Werkzeug in die entsprechende Bearbeitungsposition zu bringen.
Zu diesem Zweck benötigt in der Tat der Revolverkopf eine erste "Öff
nungsphase", um sich selbst von der festen Bearbeitungsposition frei
zugeben, eine "Drehphase" für eine Drehung in einer von beiden Rich
tungen entlang des kürzesten Weges, bis das neue Werkzeug in der
Bearbeitungsposition angeordnet ist, sowie eine "Anhalte- und Schließ
phase" zum Anhalten und Zurückkehren in die verriegelte Position.
Diese Vorgänge werden bei den bekannten Revolverköpfen unter Ver
wendung mechanischer Einrichtungen ausgeführt, welche die Drehung
eines Betätigungsmotors auf die sich drehende, werkzeugtragende Platte
übertragen und zu derselben Zeit eine Betätigung der Verriegelungs- und
Freigabeeinrichtungen ausführen, welche neben anderen Komponenten
aufweisen: eine mit radialen Sitzen versehene Indexscheibe, wobei diese
radialen Sitze die unterschiedlichen Positionen definieren, welche durch
die werkzeugtragende Platte eingenommen werden können, sowie zwei
Zahnkränze, von denen der eine an der Konstruktion befestigt ist und
der andere sich mit der werkzeugtragenden Platte dreht, jedoch axial
fixiert ist, wobei diese beiden Zahnkränze während den Werkstückbear
beitungsphasen bzw. der Werkzeugwechsel-Drehphasen mit Hilfe eines
dritten Zahnkranzes miteinander verriegelt bzw. voneinander freigegeben
werden, wobei dieser dritte Zahnkranz den beiden anderen gegenüberlie
gend angeordnet ist. Dieser dritte Zahnkranz bringt bei Bewegung in
einer axialen Richtung seine eigene Verzahnung mit der Verzahnung der
zwei anderen Zahnkränze in Eingriff bzw. von der Verzahnung der
beiden anderen Zahnkränze außer Eingriff, wodurch deren relative Ver
riegelung bzw. Freigabe verursacht wird.
Es ist ferner bekannt, daß während der Schließphase des Revolverkopfes
die Zähne der zwei zu verriegelnden Zahnkränze nicht vollkommen
ausgerichtet sind, weil die Einrichtungen von der herkömmlichen Art,
die innerhalb des Revolverkopfes zum Anhalten des sich drehenden
Zahnkranzes vorgesehen sind, einen gewissen Betrag eines Spiels auf
weisen, welches für deren genauen Betrieb erforderlich ist, um die
Drehung der werkzeugtragenden Platte anzuhalten.
Infolgedessen verursacht eine vorderseitige Kupplung zwischen der
Verzahnung des Verriegelungszahnkranzes und der Verzahnung der
gegenüberliegenden Zahnkränze ein rotationsmäßiges Antreiben des sich
drehenden Zahnkranzes, welches beendet wird, wenn der Verriegelungs
zahnkranz vollständig mit dem feststehenden Zahnkranz in Eingriff
gelangt ist; in entsprechender Weise verursacht ein Ineingriffgelangen
des sich drehenden Zahnkranzes mit den Zähnen des Anhaltezahnkranzes
einen Schlag oder Stoß, welcher auf die Konstruktion übertragen wird,
Geräusch verursacht und zu der Möglichkeit einer Beschädigung des
Revolverkopfes führt.
Mit Rücksicht auf die wie oben geschilderten Schwierigkeiten im Stand
der Technik liegt der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe
zugrunde, einen verbesserten werkzeugtragenden Revolverkopf zu
schaffen, der mit Einrichtungen zum Anhalten der Drehung der werk
zeugtragenden Platte versehen ist, wobei diese Einrichtungen in der
Weise konzipiert sind, um so weit als möglich die Schläge oder Stöße
sowie die Geräusche des Revolverkopfes während des Schließens zu
vermindern, nachdem sich sowohl die Schläge bzw. Stöße als auch die
Geräusche hauptsächlich aufgrund der Annäherung der Winkelausrich
tung der Zähne des feststehenden Zahnkranzes an die Zähne des sich
drehenden Zahnkranzes einstellen, welcher mit der werkzeugtragenden
Platte während des Schließens des Revolverkopfes starr bewegbar ist.
Im Zusammenhang mit dieser Aufgabe und aufgrund der Zunahmen in
der Geschwindigkeit der Drehung, die erforderlich ist, um die Werk
zeugwechselzeit zu reduzieren, ist es wünschenswert, ein Anhalten der
Revolverkopf-Verriegelungselemente mit Hilfe eines positiven Antriebs
systems zu verursachen, welches außerordentlich präzise und zuverlässig
arbeitet. Diese Ergebnisse werden gemäß der vorliegenden Erfindung
durch die Schaffung eines werkzeugtragenden Revolverkopfes für Werk
zeugmaschinen, insbesondere Drehbänke oder ähnliche Bearbeitungszen
tren erzielt, wobei dieser werkzeugtragende Revolverkopf einen fest
angeordneten Tragkörper aufweist, der mit einem ersten, feststehenden
Zahnkranz und mit einem zweiten Zahnkranz versehen ist, der eine an
ihm befestigte, werkzeugtragende Platte aufweist und starr mit einer
Indexscheibe drehbar ist, die auf einer koaxialen Antriebswelle des
Revolverkopfes angeordnet ist, wobei dieser werkzeugtragende Revol
verkopf ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine Einrichtung
aufweist, welche durch wenigstens eine zugeordnete Betätigungsvorrich
tung betätigbar ist und in der Weise ausgebildet ist, daß durch sie ein
Anhalten der Drehung der Indexscheibe und ein relatives Zentrieren der
Verzahnung des ersten, feststehenden Zahnkranzes und der Verzahnung
des zweiten, drehbaren Zahnkranzes an dem Ende einer Werkzeug
wechselphase verursachbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses erfindungsgemäßen Revol
verkopfes ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genom
men wird, in welchen zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Schnittansicht entlang einer vertikalen Längs
ebene eines Revolverkopfes;
Fig. 2a bzw. 2b eine Teil-Schnittansicht des während der Bearbeitungs
phase geschlossenen Revolverkopfes bzw. des während der Werkzeug
wechselphase offenen Revolverkopfes nach Fig. 1;
Fig. 3a bzw. 3b bzw. 3c eine vergrößerte Schnittansicht entlang der
Ebene III-III nach Fig. 1 zur Veranschaulichung einer Vorrichtung zum
Anhalten des Revolverkopfes unter der Bedingung Revolverkopf ge
schlossen/Revolverkopf offen bzw. der Vorrichtung zum Anhalten des
Revolverkopfes unter der Bedingung Start-Anhalten/End-Anhalten bzw.
der Vorrichtung zum Anhalten des Revolverkopfes unter der Bedingung
des Zentrierens;
Fig. 4a bzw. 4b bzw. 4c eine schematische Darstellung einer Ausrich
tung von drei Zahnkränzen des Revolverkopfes nach Fig. 1 während
der in Fig. 3a gezeigten Phase bzw. der in Fig. 3b gezeigten Phase
bzw. der in Fig. 3c gezeigten Phase (somit insgesamt drei Phasen).
Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, weist ein Revolverkopf in
Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen äußeren Trag
körper 1 mit einem ersten, feststehenden Zahnkranz 2 auf, welcher mit
einer vorderen Verzahnung 2a versehen ist.
Innerhalb des Tragkörpers 1 ist ein zusätzlicher, drehbarer, zweiter
Zahnkranz 3 vorgesehen, mit welchem eine werkzeugtragende Platte 4
des Revolverkopfes mit Hilfe von Schrauben 4a verbunden werden kann;
der drehbare, zweite Zahnkranz 3 ist mit einer vorderen Verzahnung 3a
versehen, welche mit der Verzahnung 2a des ersten, feststehenden Zahn
kranzes 2 konzentrisch ist und der Verzahnung 2a des ersten, feststehen
den Zahnkranzes 2 benachbart ist.
Der zweite Zahnkranz 3 weist in einer bekannten Art und Weise eine
mit ihm verbundene Indexscheibe 9 auf, die mit dem Ende einer Welle 6
starr ist, die innerhalb des Tragkörpers 1 rotierbar ist.
Die Welle 6 weist um sie herum einen axial bewegbaren Verriegelungs
ring 7 auf, der mit einer vorderen Verzahnung 8 versehen ist, welche
der Verzahnung 2a bzw. 3a gegenüberliegt und so ausgebildet ist, um
mit der Verzahnung 2a bzw. 3a in Eingriff zu gelangen, mit dem Ergeb
nis eines Koppelns des rotierbaren, zweiten Zahnkranzes 3 mit dem
feststehenden, ersten Zahnkranz 2; zwischen der Indexscheibe 9 und
dem Verriegelungsring 7 ist eine federnd nachgiebige Vorrichtung an
geordnet, welche in der Weise wirkt, um den Verriegelungsring 7 axial
auf einem Abstand von der Indexscheibe 9 zu halten und infolgedessen
die Verzahnung 8 außer Eingriff von der Verzahnung 2a bzw. der Ver
zahnung 3a zu halten.
Der Verriegelungsring 7 ist ferner an seinem Umfangsprofil mit einer
Ausnehmung 7c versehen, welche mit einem hervortretenden Element
oder Stift 7b in der Weise zusammenarbeitet, daß eine Drehung des Ver
riegelungsrings 7 selbst verhindert wird, daß aber zu der gleichen Zeit
dessen axiale Translationsbewegung erlaubt wird.
Innerhalb des äußeren Tragkörpers 1 ist ein an sich bekannter Antriebs
motor befestigt, welcher daher nicht veranschaulicht ist; das gesamte
Betätigungssystem des Revolverkopfes ist ebenfalls an sich bekannt und
wird infolgedessen nicht näher beschrieben.
Die mit der Welle 6 starre Indexscheibe 9 weist an ihrer äußeren Um
fangsfläche eine Mehrzahl von radialen Kerben 9a auf, deren Anzahl
und Winkelposition der Anzahl der Anhaltepositionen des Revolver
kopfes entspricht, das heißt der Anzahl der Werkzeuge, welche durch
die werkzeugtragende Platte 4 getragen werden, welche mit dem rotier
baren Zahnkranz 3 starr ausgebildet ist; im einzelnen sind diese Kerben
9a winkelmäßig in Phase mit der Verzahnung 3a des rotierbaren Zahn
kranzes 3. Die erwähnten Ausnehmungen sind ebenfalls winkelmäßig in
Phase mit der Verzahnung 3a des rotierbaren Zahnkranzes 3.
Der Tragkörper 1 des Revolverkopfes beherbergt ferner in seinem
Inneren einen radialen Stift 10, welcher dazu bestimmt ist, in die vor
erwähnten Kerben 9a der Indexscheibe 9 durch die durch einen Betätiger
11 ausgeübte Wirkung entgegen der drückenden Wirkung einer Feder 12
eingesetzt zu werden, wobei in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Betätiger 11 von dem elektromagnetischen Typ ist.
Der radiale Stift 10 weist in Längsrichtung eine Symmetrieachse auf,
welche winkelmäßig in Phase mit der Verzahnung 2a des feststehenden
Zahnkranzes 2 ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3a wird im einzelnen erläutert, daß der
radiale Stift 10 innerhalb einer Tragstange 13 radial verschiebbar ist,
welche parallel zu der Längsachse des Revolverkopfes bewegbar ist und
deren einander entgegengesetzten Enden 13a sich in Anschlag mit fe
dernd nachgiebigen Puffern 14 befinden, um Stöße oder Schläge zu
absorbieren und um dahingehend zu wirken, daß der Stift 10 stets
zurück in eine zentrale Position gebracht wird, welche mit der radialen
Symmetrieachse der Ausnehmung 9a radial ausgerichtet ist.
Das freie Ende des radialen Stiftes 10 weist ein Profil auf, welches in
der radialen Richtung und von der Achse des Revolverkopfes aus nach
auswärts variabel ist und durch eine kegelstumpfförmige Oberfläche 10b
gebildet ist, auf welche eine zylindrische Oberfläche 10c folgt.
In entsprechender Weise besitzen die Ausnehmungen 9a der Indexschei
be 9 ihrerseits eine äußerste zylindrische Oberfläche 9c sowie eine
innerste, kegelstumpfförmige Oberfläche 9b.
Der Betrieb des Revolverkopfes und der zugeordneten Einrichtung zum
Anhalten der Werkzeugwechsel-Drehung ist wie folgt:
- - Unter der Bearbeitungsbedingung (Fig. 1a, 2a, 3a und 4a) ist der Revolverkopf verriegelt, das heißt, der Ring 7 ist axial gegen den feststehenden Zahnkranz 2 und den drehbaren Zahnkranz 3 gedrückt, so daß die entsprechenden Sätze der Verzahnungen miteinander kämmen (Fig. 4a); dementsprechend ist der Stift 10 durch die drückende Wir kung der Feder 12 außerhalb des Sitzes 9a der Indexscheibe 9 gehalten;
- - wenn die Bearbeitung vollständig ausgeführt worden ist, startet die Werkzeugwechselphase (Fig. 2b), während welcher der Ring 7 axial außer Eingriff von dem feststehenden Zahnkranz 2 und dem rotierbaren Zahnkranz 3 ist; der letztere wird zum Drehen gebracht, bis die An näherung an die programmierte Winkelposition der werkzeugtragenden Platte 4 über zugeordnete Mittel signalisiert wird.
An diesem Punkt (Fig. 3b) wird der Elektromagnet 11 aktiviert und er
drückt den Stift 10 radial in den Sitz 9a, wenn sich der letztere selbst zu
dem Stift selbst gegenüberliegend positioniert.
Während dieser ersten Anhaltephase kommen die entsprechenden zylin
drischen Oberflächen 10c und 9c in Berührung und gewährleisten ein
präzises und zuverlässiges Anhalten der Indexscheibe 9 und infolge
dessen des rotierbaren Zahnkranzes 3; jedoch gewährleistet diese Be
rührung zwischen den zylindrischen Oberflächen (Fig. 4b) nicht, daß
eine genaue Ausrichtung der Verzahnung 3a des rotierbaren Zahnkranzes
3 mit der Verzahnung 2a des feststehenden Zahnkranzes 2 vorliegt, und
infolgedessen wird der Stift 10 weiter durch den Betätiger 11 in den Sitz
9a der Scheibe 9 (Fig. 3c) gedrückt, so daß die entsprechenden kegel
stumpfförmigen Oberflächen 10b, 9b in Berührung miteinander gelangen
und eine Drehung des Zahnkranzes 3 in Bezug auf den Zahnkranz 2
sowie eine nachfolgende Ausrichtung der entsprechenden Zähne 2a, 3a
(Fig. 4c) verursachen.
Wenn einmal die Ausrichtung der Verzahnung erreicht worden ist, ist es
möglich, eine axiale Translationsbewegung des Rings 7 auszuführen,
welcher, ohne daß er auf irgendwelche Hindernisse entlang seines
Weges auftrifft, eine Verriegelung des Revolverkopfes (Fig. 2a, 4a)
ohne Schläge bzw. Stöße und/oder Geräusche verursacht.
Claims (7)
1. Werkzeugtragender Revolverkopf für Werkzeugmaschinen, insbeson
dere Drehbänke oder ähnliche Bearbeitungszentren, mit einem fest an
geordneten Tragkörper (1), der mit einem ersten, feststehenden Zahn
kranz (2, 2a) und einem zweiten Zahnkranz (3, 3a) versehen ist, der
eine an ihm befestigte, werkzeugtragende Platte (4) aufweist und starr
mit einer Indexscheibe (9) drehbar ist, die auf einer koaxialen Antriebs
welle (6) des Revolverkopfes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Revolverkopf eine Einrichtung (10, 12) aufweist, welche durch
wenigstens eine zugeordnete Betätigungsvorrichtung (11) betätigbar ist
und in der Weise ausgebildet ist, daß durch sie ein Anhalten der Dreh
ung der Indexscheibe (9) und ein relatives Zentrieren der Verzahnung
(2a bzw. 3a) des ersten, feststehenden Zahnkranzes (2) bzw. des
zweiten, drehbaren Zahnkranzes (3) an dem Ende einer Werkzeugwech
selphase verursachbar ist.
2. Revolverkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einrichtung zum Anhalten und Ausrichten der Verzahnung (3a) des
zweiten, drehbaren Zahnkranzes (3) im wesentlichen durch einen Stift
(10) gebildet ist, welcher innerhalb einer zugeordneten, radialen
Ausnehmung radial in beiden Richtungen verschiebbar ist.
3. Revolverkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Stift (10) ein freies Ende mit einem variablen Profil (10b, 10c) aufweist,
welches in der Weise ausgebildet ist, um mit zugeordneten Sitzen (9a)
der Indexscheibe (9) zusammenzuarbeiten, wobei diese Sitze (9a) ihrer
seits mit einer entsprechenden Gestaltung mit einem variablen Profil (9b,
9c) versehen sind.
4. Revolverkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
freie Ende des Stiftes (10) in der radialen Richtung und von der Längs
achse des Revolverkopfes nach auswärts ein kegelstumpfförmiges Profil
(10b) aufweist, auf welches ein zylindrisches Profil (10c) folgt.
5. Revolverkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sitz (9a) der Indexscheibe (9) in der radialen Richtung und von der
Längsachse des Revolverkopfes nach auswärts ein kegelstumpfförmiges
Profil (9b) aufweist, auf welches ein zylindrisches Profil (9c) folgt.
6. Revolverkopf nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Sitze (9a) der Indexscheibe (9) winkelmäßig in Phase
mit der Verzahnung (3a) des zweiten, drehbaren Zahnkranzes (3) sind.
7. Revolverkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Stift (10) winkelmäßig in Phase mit der Verzahnung
(2a) des ersten, feststehenden Zahnkranzes (2) ist.
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