DE19934598A1

DE19934598A1 - Universal-Fräs- und Bohrmaschine

Info

Publication number: DE19934598A1
Application number: DE19934598A
Authority: DE
Inventors: Robert Jung
Original assignee: Deckel Maho GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2019-07-24
Also published as: DE19934598B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Universal-Fräs- und Bohrmaschine mit einem Arbeitstisch (5) zur Aufspannung der zu bearbeitenden Werkstücke, einer Arbeitsspindel (14) zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs (56, 59), einem seitlich der Arbeitsspindel (14) angeordneten Werkzeugmagazin (18) zur vertikalen Halterung mehrerer Bearbeitungswerkzeuge und einem Werkzeugwechsler (23), der eine zwischen der Arbeitsspindel (14) und dem Werkzeugmagazin (18) bewegbare Traganordnung (24) mit einer drehbaren Greifereinrichtung enthält. Um einen schnellen Werkzeugwechsel zwischen einem Werkzeugmagazin mit vertikal angeordneten Werkzeugen und einer horizontalen bzw. in eine Horizontalstellung verschwenkten Arbeitsspindel zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Greifereinrichtung einen um eine 45 -Achse (25) drehbaren Träger (26) enthält, an dessen freiem Ende ein horizontal und ein vertikal angeordneter Werkzeuggreifer (27, 28) entgegengesetzt vorstehend derart angebracht sind, daß deren Stellung durch Drehung des Trägers (26) um 180 vertauschbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Universal-Fräs- und Bohrmaschi ne mit einem Arbeitstisch zur Aufspannung der zu bearbei tenden Werkstücke, einer Arbeitsspindel zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs, einem Werkzeugmagazin zur vertikalen Halterung mehrerer Bearbeitungswerkzeuge und einem Werk zeugwechsler, der eine zwischen der Arbeitsspindel und dem Werkzeugmagazin bewegbare Traganordnung mit einer drehbaren Greifereinrichtung enthält.

Universal-Fräs- und Bohrmaschinen mit automatischem Werk zeugwechsler sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. In der DE 196 51 277 A1 ist z. B. eine Universal- Fräs- und Bohrmaschine offenbart, deren Werkzeugwechsler einen horizontal verschwenkbaren Tragarm und eine an diesem horizontal verschwenkbare Greiferanordnung enthält. Ein derartiger Werkzeugwechsler ist für den Transport der Bear beitungswerkzeuge zwischen einem horizontal angeordneten Werkzeugmagazin und einer vertikal angeordneten Arbeits spindel konzipiert. Wenn dieser Werkzeugwechsler bei Werk zeugmaschinen mit verschwenkbaren Arbeitsspindeln einge setzt wird, muß eine horizontal angeordnete Arbeitsspindel für einen Werkzeugwechsel zunächst in die Vertikalstellung verschwenkt werden. Bei Bearbeitungen mit vornehmlich hori zontal angeordneter Arbeitsspindel ergeben sich daher län gere Werkzeugwechselzeiten.

Aus der DE 36 36 498 A1 ist ein gattungsgemäße Universal- Fräs- und Bohrmaschine bekannt, deren Werkzeugwechsler eine zwischen der Arbeitsspindel und dem Werkzeugmagazin in meh reren Achsen bewegbare Traganordnung mit einem drehbaren Werkzeuggreifer enthält. Durch entsprechende Drehung des einzelnen Werkzeuggreifers kann der Werkzeugaustausch auch zwischen dem horizontal angeordneten Werkzeugmagazin und der horizontal angeordneten Arbeitsspindel erfolgen. Da der Werkzeuggreifer jedoch nur jeweils ein Werkzeug zwischen der Arbeitsspindel und dem Werkzeugmagazin transportieren kann, muß das an der Arbeitsspindel auszutauschende Werk zeug zunächst im Werkzeugmagazin abgelegt werden, bevor dort ein neues entnommen und in die Arbeitsspindel einge wechselt werden kann. Daher sind auch dort die Werkzeug wechselzeiten relativ lang.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Universal-Fräs- und Bohrmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen schnellen Werkzeugwechsel zwischen einem Werkzeugma gazin mit vertikal angeordneten Werkzeugen und einer hori zontalen bzw. in eine Horizontalstellung verschwenkten Ar beitsspindel ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Universal- Fräs- und Bohrmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Greifereinrichtung einen um eine 45°-Achse drehbaren Träger enthält, an dessen freiem Ende ein horizontal und vertikal angeordneter Werkzeuggreifer entgegengesetzt vor stehend derart angebracht sind, daß deren Stellung durch Drehung des Trägers um 180° vertauschbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine kann bereits während der Bearbeitung ein für den nächsten Bearbeitungs schritt benötigtes Werkzeug mit Hilfe des horizontalen Werkzeuggreifers aus dem Werkzeugmagazin entnommen und für den Einwechselvorgang bereitgestellt werden. Zum Werkzeug wechsel kann dann durch eine entsprechende Verfahrbewegung der Traganordnung das an der horizontalen Arbeitsspindel auszuwechselnde Werkzeug mit Hilfe des vertikalen Werkzeug greifers gegriffen und aus der Arbeitsspindel entnommen werden. Durch anschließende Drehung des Tragarms um 180° gelangt das neue Werkzeug an die Stelle des auszuwechseln den Werkzeugs. Nach dem Spannen des Werkzeugs in der Ar beitsspindel kann dann das benutzte Werkzeug im Werkzeugma gazin abgelegt und der Werkzeuggreifer kann in die Aus gangsstellung zurückgefahren werden. Auf diese Weise sind schnelle Werkzeugwechsel zwischen einem horizontal angeord neten Werkzeugmagazin und einer horizontal angeordneten Ar beitsspindel möglich.

Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Un teransprüchen angegeben.

So enthält z. B. der Träger zwei unter jeweils 45° zur Dreh achse entgegengesetzt schräge und zueinander senkrechte Auflageflächen, auf denen die beiden Werkzeuggreifer seit lich vorstehend angeordnet sind.

Eine möglichst geringe Einschränkung des Arbeitsraums der Werkzeugmaschine durch Teile des Werkzeugwechslers kann zweckmäßigerweise dadurch erreicht werden, daß der Träger mit dem beiden Werkzeuggreifern an einer im Raum schräg nach oben und vorne weisenden Tragsäule angeordnet ist.

In einer konstruktiv zweckmäßigen Ausführung ist die Trag säule an einem Schenkel einer in der X-Achse verfahrbaren Winkelstütze in der Y-Achse verfahrbar angeordnet.

Ein steuerungstechnisch einfacher Antrieb zur Verschiebung der Tragsäule in der Y-Achse und zur Drehung des Trägers kann durch einen kurvengesteuerten Antrieb erfolgen. Der Antrieb kann z. B. einen motorisch drehbaren Kurvenzylinder mit zwei nutenförmigen Kurvenbahnen enthalten, in denen je weils ein Nocken zur Verschiebung der Tragsäule und zur Drehung des Trägers mit den Werkzeuggreifern geführt ist. Dadurch kann auf schwierig aufeinander abstimmbare Einzel antriebe verzichtet werden.

Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Universal-Fräs- und Bohrma schine in schematischer Seitenansicht;

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Universal-Fräs- und Bohrma schine in schematischer Vorderansicht;

Fig. 3A-3G einen Werkzeugwechsler der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Universal-Fräs- und Bohrmaschine in unterschiedlichen Stellungen;

Fig. 4 einen Antrieb des Werkzeugswechsler in perspekti vischer Ansicht; und

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht des in Fig. 4 gezeig ten Antriebs.

Die in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Universal- Fräs- und Bohrmaschine enthält ein Maschinenbett 1 mit zwei auf dessen vorderem Teil angeordneten horizontalen Füh rungsschienen 2 und 3, auf denen ein Werkstückschlitten 4 mit einem horizontalen Arbeitstisch 5 in einer Y-Achse mo torisch verfahrbar angeordnet ist. Auf dem hinteren Teil des Maschinenbetts 1 sind zwei zu den Führungsschienen 2 und 3 senkrechte, horizontale Führungsschienen 6 und 7 mon tiert, auf denen ein Fahrständer 8 über eine motorisch an getriebene Gewindespindel 9 in einer X-Achse horizontal verfahrbar geführt ist. Über vertikale Führungsschienen 10 an der Vorderseite des Fahrständers 8 ist ein Traggehäuse 11 in einer Z-Achse vertikal nach oben und unten verfahrbar geführt. An einer gegenüber der Vertikalen um 45° geneig ten, schräg nach unten weisenden Stirnwand 12 des Tragge häuses 11 ist ein Schwenkfräskopf 13 mit einer motorisch drehbaren Arbeitsspindel 14 um eine zur Stirnwand 12 senk rechte Schwenkachse 15 verdrehbar montiert. Die Arbeits spindel 14 ist innerhalb des Schwenkfräskopfes 13 unter ei nem Winkel von 45° zur Schwenkachse 15 drehbar gelagert. Durch eine entsprechende Drehung des Schwenkfräskopfes 13 um die Schwenkachse 15 ist die Arbeitsspindel 14 somit zwi schen einer in den Fig. 1 und 2 dargestellten horizontalen Bearbeitungsstellung und einer - nicht dargestellten - ver tikalen Bearbeitungsstellung verschwenkbar.

Auf der Oberseite einer am Maschinenbett 1 seitlich befe stigten Stütze 16 ist ein horizontaler Querträger 17 mit einem als Kettenmagazin ausgeführten Werkzeugmagazin 18 zur vertikalen Halterung mehrerer Werkzeugaufnahmen 19 bzw. Werkzeuge angeordnet. Das Werkzeugmagazin 18 enthält eine mit zangenförmigem Werkzeughaltern 20 versehene Gliederket te 21, die um zwei an den beiden Enden des Querträgers 17 angeordnete Kettenräder 22 geführt ist. In jedem der zan genförmigen Werkzeughalter 20 sitzt eine Werkzeugaufnahme 19 mit nach oben weisendem Spannkegel und nach unten wei sendem Werkzeug. Mindestens eines det beiden Kettenräder 22 ist angetrieben, so daß ein ausgewählter Werkzeughalter 20 mit dem gewünschten Werkzeug entsprechend dem jeweiligen Arbeitsprogramm in eine vorgegebene Wechselstellung verfah ren werden kann.

Zum Transport der Werkzeuge zwischen der Arbeitsspindel 14 und dem Werkzeugmagazin 18 ist am Träger 16 ein Werkzeug wechsler 23 angeordnet, der eine in der X- und Y-Achse ver schiebbare Traganordnung 24 mit einem um eine 45°-Achse 25 drehbaren Träger 26 enthält, an dem ein horizontaler Werk zeugreifer 27 und ein vertikaler Werkzeuggreifer 28 ange ordnet sind. Die Traganordnung 24 enthält eine Winkelstütze 29, die an einer Führungsleiste 30 an der vorderen Stirn seite des Trägers 16 geführt und durch einen Zylinder- Kolben-Antrieb 31 in der X-Achse verschiebbar ist.

Wie besonders auch aus Fig. 3A hervorgeht, trägt die Win kelstütze 29 an einer vertikalen Seitenfläche 32 ihres nach vorne vorstehenden Teils 33 eine zur ersten Führungsleiste 30 senkrechte zweite Führungsleiste 34, an der eine schräg nach oben und vorne weisende Tragsäule 35 mit einer Trag halterung 36 in der Z-Achse verschiebbar angeordnet ist. In einem am oberen Teil der Tragsäule 35 seitlich vorstehenden zylindrischen Gehäuseteil 37 ist der Tragarm 26 derart ge lagert, daß seine Drehachse 25 in einer zur Seitenfläche 32 parallelen Ebene unter einem Winkel von 45° zur Horizonta len schräg nach oben verläuft. Der Tragarm 26 hat an seinem vorderen freien Ende zwei unter jeweils 45° zu seiner Dreh achse 25 entgegengesetzt schräge und zueinander senkrechte Auflageflächen 38 und 39, auf denen der horizontal angeord nete Werkzeuggreifer 27 und der vertikal angeordnete Werk zeuggreifer 28 auf entgegengesetzte Seiten vorstehend der art montiert sind, daß deren Stellung durch Drehung des Trägers 26 um 180° vertauschbar ist. Am unteren Ende der Tragsäule 35 ist ein hohlzylindrisches Gehäuse 41 mit einer zur Mittelachse der Tragsäule 35 parallel versetzten Mitte lachse angeordnet. Zur Drehung der Trägers 26 und zur Ver schiebung der Tragsäule 35 in Richtung der Y-Achse ist in dem Gehäuse 41, der Tragsäule 35 und dem zylindrischen Ge häuseteil 37 ein durch einen Motor 40 betätigter Antrieb 42 angeordnet, der in Fig. 4 dargestellt ist. Anstelle des dargestellten Elektromotors kann auch eine anderer Antrieb in Form eines Hydraulik- oder Pneumatikaggregats vorgesehen sein.

Der Antrieb 42 enthält einen im Gehäuse 41 drehbar gelager ten Kurvenzylinder 43, der durch den Motor 40 über ein Win kelgetriebe 60 antreibbar ist. Der in Fig. 5 vergrößert dargestellte Kurvenzylinder 43 weist an seiner Mantelfläche eine vordere und eine hintere nutenförmige Kurvenbahn 44 und 45 auf, in denen jeweils ein zylindrischer Nocken 46 bzw. 47 geführt ist. Die beiden Kurvenbahnen 44 und 45 sind derart angeordnet, daß sich bei einer Drehung des Kurvenzy linders 43 zunächst der eine Nocken und zeitlich versetzt der andere Nocken parallel zur Mittelachse des Kurvenzylin ders 43 bewegt. Der vordere Nocken 46 ist am unteren Ende einer in der Tragstütze 35 geführten Zahnstange 48 angeord net. Am oberen Ende der Zahnstange 48 befindet sich eine Verzahnung 49, die in Eingriff mit einem am hinteren Ende des Trägers 26 befestigten Ritzel 50 steht.

Der hintere Nocken 47 ist mit dem einen Ende einer Gelenk hebelanordnung 51 verbunden, deren anderes Ende in einer Nut 52 an einer von dem nach vorne ragenden Teil 33 der Winkelstütze 29 schräg nach unten vorstehenden Halterung 53 geführt ist. Die Gelenkhebelanordnung 51 ist derart ausge führt, daß bei einer Bewegung des Nockens 47 parallel zur Mittelachse des Kurvenzylinders 43 die Traghalterung 36 mit der daran befestigten Tragsäule 35 in Richtung der X-Achse verschoben wird.

Wenn der Kurvenzylinder 43 gemäß Fig. 5 in Pfeilrichtung gedreht wird, wird zunächst der Nocken 47 schräg nach oben bewegt, wobei die Traghalterung 36 mit der Tragsäule 37 über den Gelenkhebelmechanismus 51 entlang der Führungs schiene 34 nach vorne verschoben wird. Der vordere Nocken 46 und damit auch die Zahnstange 48 behalten zunächst ihre Stellungen bei. Erst wenn die Tragsäule 35 ausreichend weit verschoben ist, um eine Werkzeugaufnahme vollständig aus der Arbeitsspindel herauszuziehen, werden auch der Nocken 46 und die Zahnstange 48 verschoben, wobei der Träger 26 mit den Werkzeuggreifern 27 und 28 verschwenkt wird. Beim Weiterdrehen des Kurvenzylinders 43 wird anschließend der Nocken 47 wieder zurückgeschoben, so daß auch die Traghal terung 36 mit der Tragsäule 37 in die Ausgangsstellung ge langt und die Werkzeugaufnahmen mit dem neuen Werkzeug in die Arbeitsspindel 14 geschoben wird.

Auf diese Weise können die für das Verschenken der Werk zeuggreifer und das Herausziehen bzw. Einführen der Werk zeugaufnahmen an der Arbeitsspindel erforderlichen Verfahr bewegungen mit einem einzigen Motor realisiert werden.

Anhand der Fig. 3A bis 3G wird im folgenden ein Werkzeug wechselvorgang erläutert:

Aus einer in Fig. 3A dargestellten Ausgangsstellung wird die Winkelstütze 29 durch entsprechende Ansteuerung des Zy linder-Kolben-Antriebs 31 zunächst entlang der Führungs schiene 30 in eine in Fig. 3B gezeigte Übernahmestellung verfahren, in welcher der horizontal angeordnete Werkzeug greifer 27 mit seinen beiden seitlich verschwenkbaren Grei ferarmen 54 eine an einer Übergabestelle im Werkzeugmagazin befindliche Werkzeugaufnahme 55 mit einem einzuwechselnden Werkzeug 56 greift. Anschließend wird die Winkelstütze 29 durch entsprechende Betätigung des Zylinder-Kolben-Antriebs 31 entlang der Führungsschiene 30 in Richtung der Horizon talspindel 14 verfahren, bis der vertikal angeordnete leere Werkzeuggreifer 28 mit seinen Greiferarmen 57 gemäß Fig. 3C die in der Horizontalspindel 14 enthaltene Werkzeugaufnahme 58 mit dem auszuwechselnden Werkzeug 59 greift.

Nach Lösung einer an sich bekannten Werkzeugklemmung inner halb der Arbeitsspindel 14 wird durch eine entsprechende Ansteuerung des Motors 40 zunächst die Traghalterung 36 mit der Tragsäule 35 entlang der zweiten Führungsschiene 34 von der Arbeitsspindel 14 weg in eine in Fig. 3D gezeigte vor dere Stellung verfahren, in der der hintere Teil der Werk zeugaufnahme 58 einen ausreichend großen Abstand von der vorderen Stirnfläche der Arbeitsspindel 14 aufweist.

Sobald die Traghalterung ihre in Fig. 3D dargestellte vor dere Stellung erreicht hat, wird der Tragarm 26 über die Zahnstange 48 durch weitere Drehung des Kurvenzylinders 43 mittels des Motors 40 gemäß Fig. 3E um 180° gedreht, wobei der Werkzeugwechsler 27 mit dem einzuwechselnden Werkzeug 56 in die vertikale Stellung und der Werkzeugwechsler 28 mit dem auszuwechselnden Werkzeug 59 in die horizontale Stellung gelangt, wie dies in Fig. 3F gezeigt ist.

Durch weitere Drehung des Kurvenzylinders 43 mit Hilfe des Motors 40 wird dann die Traghalterung 36 mit der Tragstütze 35 entlang der Führungsschiene 34 wieder nach hinten ver schoben, wobei die Werkzeugaufnahme 27 mit dem einzuwech selnden Werkzeug 56 gemäß Fig. 3G in die Arbeitsspindel ge schoben wird. Nach entsprechender Klemmung der Werkzeugauf nahme 27 innerhalb der Arbeitsspindel 14 kann dann die Win kelstütze 29 durch entsprechende Ansteuerung des Zylinder- Kolben-Antriebs 31 entlang der Führungsschiene 30 in Rich tung des Werkzeugmagazins verfahren und das Werkzeug 59 im Werkzeugmagazin abgelegt werden.

Durch den in Fig. 3 dargestellten Kurvenantrieb wird die Verschiebe- und Drehbewegung aus einer einzigen Drehbewe gung in einer Richtung abgeleitet. Dadurch kann auf kompli ziert zu steuernde Einzelantriebe verzichtet werden.

Die Erfindung ist nicht auf das in einzelnen dargestellte und in der Beschreibung erläuterte Ausführungsbeispiel be schränkt. So kann z. B. das Werkzeugmagazin auch als Teller magazin oder dgl. ausgeführt sein. Anstelle des kurvenge steuerten Antriebs für die Verfahrbewegung der Traganord nung und die Drehbewegung des Trägers können außerdem auch Einzelantriebe verwendet werden.

Claims

1. Universal-Fräs- und Bohrmaschine mit
einem Arbeitstisch (5) zur Aufspannung der zu bearbei tenden Werkstücke,
einer Arbeitsspindel (14) zur Aufnahme eines Bearbei tungswerkzeugs (56, 59),
einem seitlich der Arbeitsspindel (14) angeordneten Werkzeugmagazin (18) zur vertikalen Halterung mehrerer Bearbeitungswerkzeuge und
einem Werkzeugwechsler (23), der eine zwischen der Ar beitsspindel (14) und dem Werkzeugmagazin (18) beweg bare Traganordnung (24) mit einer drehbaren Grei fereinrichtung enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Greifereinrichtung einen um eine 45°-Achse (25) drehbaren Träger (26) enthält, an dessen freiem Ende ein horizontal und ein vertikal angeordneter Werkzeuggreifer (27, 28) entgegengesetzt vorstehend derart angebracht sind, daß deren Stellung durch Dre hung des Trägers (26) um 180° vertauschbar ist.

2. Universal-Fräs-und Bohrmaschine nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Träger (26) zwei unter jeweils 45° zur Drehachse (25) entgegengesetzt schräge und zueinander senkrechte Auflageflächen (38, 39) ent hält, auf denen die beiden Werkzeuggreifer (27, 28) angeordnet sind.

3. Universal-Fräs- und Bohrmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (26) an ei ner im Raum schräg nach oben und vorne weisenden Trag säule (35) angeordnet ist.

4. Universal-Fräs- und Bohrmaschine Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragsäule (35) an einem Schen kel (33) einer in der X-Achse verfahrbaren Winkelstüt ze (29) in der Y-Achse verfahrbar angeordnet ist.

5. Universal-Fräs- und Bohrmaschine Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstütze (29) an der Vor derseite einer seitlich zur Arbeitsspindel (14) ver setzt angeordneten vertikalen Stütze (16) angeordnet ist.

6. Universal-Fräs- und Bohrmaschine Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstütze (29) an einer Führungsschiene (30) verschiebbar geführt und durch einen Kolben-Zylinder-Antrieb (31) verfahrbar ist.

7. Universal-Fräs- und Bohrmaschine nach einem der An sprüche 3 bis 6, daß die Verschiebung der Tragsäule (35) in der Y-Achse und die Drehung des Trägers (26) über einem kurvengesteuerten Antrieb (42) erfolgt.

8. Universal-Fräs- und Bohrmaschine nach Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß der Antrieb (42) einen moto risch drehbaren Kurvenzylinder (43) mit zwei nutenför migen Kurvenbahnen (44, 45) enthält, in denen jeweils ein Nocken (46, 47) zur Verschiebung der Tragsäule (35) und zur Drehung des Trägers (26) angeordnet ist.

9. Universal-Fräs- und Bohrmaschine nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der Trag säule (35) in der Y-Achse über eine Gelenkhebelanord nung (51) erfolgt, die durch einen in einer hinteren Nut (45) geführten Nocken (47) betätigt wird.

10. Universal-Fräs- und Bohrmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Trägers (26) über einen Zahnstangentrieb (49, 50) erfolgt, der durch einen in einer vorderen Nut (44) geführten Noc ken (46) betätigt wird.