DE19957217B4 - Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen - Google Patents

Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen Download PDF

Info

Publication number
DE19957217B4
DE19957217B4 DE1999157217 DE19957217A DE19957217B4 DE 19957217 B4 DE19957217 B4 DE 19957217B4 DE 1999157217 DE1999157217 DE 1999157217 DE 19957217 A DE19957217 A DE 19957217A DE 19957217 B4 DE19957217 B4 DE 19957217B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tool
drive spindle
spindle
drive
arrangement according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE1999157217
Other languages
English (en)
Other versions
DE19957217A1 (de
Inventor
Ralf Wagner
Rüdiger HAUSCHILD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ACTech GmbH
Original Assignee
ACTech GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ACTech GmbH filed Critical ACTech GmbH
Priority to DE1999157217 priority Critical patent/DE19957217B4/de
Publication of DE19957217A1 publication Critical patent/DE19957217A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19957217B4 publication Critical patent/DE19957217B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02Driving main working members
    • B23Q5/04Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles
    • B23Q5/20Adjusting or stopping working-spindles in a predetermined position
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/155Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling
    • B23Q3/1552Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling parts of devices for automatically inserting or removing tools
    • B23Q3/15553Tensioning devices or tool holders, e.g. grippers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)

Abstract

Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen an einer Antriebsspindel einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine zum mehrseitigen Bearbeiten von großen und schweren Werkstücken mit tiefen Konturen, Freiformflächen und Hinterschneidungen, vorzugsweise zum Formstoff – Fräsen für die direkte Herstellung von Formen für Gussteile, wobei die Bearbeitungsmaschine mindestens eine Antriebsspindel mit einer Schnittstelle für ein Werkzeug zum Fräsen oder Bohren aufweist, die einen Führungsabschnitt mit Rastausnehmungen zum formschlüssigen Arretieren der Antriebsspindel in einer definierten Winkelposition aufweist und mit einem das Werkzeug beim automatischen Wechsel haltenden Greifer versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspindel (3) mit einer Plananlage (14) für das Werkzeug (7) sowie in Axialrichtung endseitig mit einem Spindelzapfen (15) versehen ist, der eine Außenkontur eines Kreiskeilprofils mit Kreiskeilprofilsegmenten (45) in Umfangsrichtung aufweist, wobei das Werkzeug (7) ein Nabenteil (17) mit einer Innenkontur besitzt, die eine an die Außenkontur des Spindelzapfen (15) angepasste Anzahl von Kreiskeilnutsegmenten (48) aufweist und wobei das Werkzeug...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 oder 4.
  • Bekannt sind Bearbeitungsmaschinen, die für den automatischen Wechsel der Werkzeuge eine Motorspindel mit einem integrierten Spannsystem aufweisen, das durch Federkraft Werkzeuge spannt und durch Pneumatik oder Hydraulik Werkzeuge löst. Eine wichtige Voraussetzung für den automatischen Werkzeugwechsel ist das Vorhandensein einer geeigneten Schnittstelle zwischen dem Werkzeug und der Antriebsspindel. Bekannte Schnittstellen bei Werkzeugmaschinen sind zum einen die Steilkegelaufnahme (SK) und zum anderen die Hohlschaftkegelaufnahme (HSK). Für beide Bauarten gibt es mehrere genormte Baugrößen und Modifikationen. Bei der Steilkegelaufnahme wird über geschliffene kegelförmige Paßflächen durch Einzug des Werkzeughalters in die Spindelwelle ein Reibschluß erzeugt, welcher zur Übertragung des Drehmoments dient. Gleichzeitig wird das Werkzeug in der Spindelwelle über die kegelförmigen Paßflächen zentriert und positioniert.
  • Weitere Modifikationen der Spannaufnahmen verfügen über Klauen, welche einen zusätzlichen Formschluß zum Übertragen hoher Drehmomente herstellen. Nachteilig ist, daß es bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung infolge der hohen Drehzahlen bei der Fliehkraft zur Aufweitung des Konus kommt, die nach dem Anhalten der Spindel wieder zurückgeht und zu einer Presspassung führt, so daß das Werkzeug nur unter Schwierigkeiten wieder gelöst werden kann.
  • Kennzeichnend für die HSK – Aufnahmen ist die Plananlage zwischen Werkzeug und Antriebsspindel. Diese Verbindung ist sehr steif und erlaubt sehr hohe Drehzahlen.
  • Antriebsspindeln mit HSK- Aufnahmen werden deshalb bevorzugt in Maschinen zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingesetzt.
  • Sowohl die SK als auch die HSK – Aufnahmen erfordern einen komplizierten Aufbau der Antriebsspindeln mit einer Hohlwelle und einem Einzugsmechanismus. Die Fertigung einer Spindel für den automatischen Werkzeugwechsel gestaltet sich deshalb sehr kostenintensiv. Gleichzeitig sind die Aktivelemente des Einzugsmechanismus relativ verschleissanfällig. Weiterhin erhöht sich die Masse, der Außendurchmesser und die Länge der Spindel um ca. 30 bis 50% gegenüber einer Spindel mit einem Voll – Wellenquerschnitt. Entsprechend verschlechtert sich das Masse- Leistungsverhältnis des Spindelantriebs.
  • Bekannt ist des weiteren aus der WO 9847 655 A1 eine Werkzeugmaschine mit einer automatisch arbeitenden Wechselvorrichtung für Bearbeitungswerkzeuge. Die Wechselvorrichtung umfaßt eine Greiferhand und eine Adaptereinrichtung für die Schnittstelle. Die Schnittstelle weist einen Bajonettverschluß auf, der bei Drehung der Werkzeugspindel mit der Adaptereinrichtung mit dem Bajonett verriegelt wird. Für die Steuerung eines automatischen Werkzeugwechsels sind Sensoren erforderlich, die den Aufbau der Wechselvorrichtung aufwendiger gestalten können. Um eine definierte Lage der Antriebsspindel beim Einrasten des Bajonettverschlusses zu ermöglichen, ist eine Regelung für den Antrieb der Spindel erforderlich. Dabei ist das Bearbeitungswerkzeug drehfest zwischen den Backen der Greiferhand gehalten. Nachteilig ist, daß ein Bajonettverschluß als Schnittstelle bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung weniger gut geeignet ist. Ein wichtiges Kriterium ist hier die Steifigkeit der Spindel einschließlich der Werkzeugaufnahme sowie die Steifigkeit der bewegten Maschinenteile, was bei den bekannten Maschinenspindeln eine große Masse voraussetzt.
  • Ganz im Gegensatz dazu fordert die Bearbeitung von komplexen Werkstücken aus leicht zerspanbaren Werkstoffen relativ hohe Vorschubgeschwindigkeiten, wobei hohe Beschleunigungen in den Achsen erforderlich sind. Bei der mehrseitigen Bearbeitung großer Werkstücke in einer Aufspannung sowie bei tiefen Konturen, Freiformflächen und Hinterschneidungen sind außerdem Dreh – und Schwenkachsen erforderlich. Hier sind Masse und Einbauverhältnisse der Antriebsspindel kritische Faktoren. Bei der Bearbeitung derartiger Werkstücke in Verbindung mit einem automatischen Werkzeugwechsel ist der Einsatz der bekannten Antriebsspindeln wegen ihrer relativ großen Masse und ihres großen Platzbedarfs begrenzt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgaben zugrunde, eine konstruktiv einfache Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen zu schaffen, die einen automatischen Wechsel von Werkzeugen bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung gewährleistet, wobei die Antriebsspindel wenig Masse aufweisen soll und einen geringen Platzbedarf erfordern soll, um eine hohe Leistungsdichte zu gewährleisten.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.
  • Mit Hilfe einer in konzentrischer Form zur Drehachse der Antriebsspindel angeordneten Klemmvorrichtung mit Klemmbacken und Rastelementen ist die Antriebsspindel in einer vorgegebenen Winkelposition arretierbar, wobei das Werkzeug mit einer Greifeinrichtung in Richtung der Achse der Antriebsspindel zuführbar und mit einer definierten rotarischen Bewegung entgegen der Schneidrichtung automatisch kuppelbar beziehungsweise mit einer Drehbewegung in Schneidrichtung entkuppelbar ist. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Spindelwelle der Antriebsspindel als Vollwelle ausgeführt werden, was einen einfachen und raumsparenden Aufbau der Werkzeugmaschine zur Folge hat.
  • Die vorgeschlagene Lösung einer massesparenden Bauweise eignet sich infolgedessen besonders für die Bearbeitung von großen und schweren Werkstücken mit tiefen Konturen, Freiformflächen und Hinterschneidungen, bei denen es in der Praxis günstiger ist, die Vorschubbewegungen in das Werkzeug zu legen. Dadurch werden hohe Beschleunigungen in den Achsen der Bearbeitungsmaschine möglich, die zu kürzeren Bearbeitungszeiten führen. Die vorgeschlagen Erfindung eignet sich besonders für das Formstoff – Fräsen für die direkte Herstellung von Formen für Gußteile.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist eine nicht lagegeregelte Antriebsspindel zum Zwecke des Festsetzens in dem Führungsabschnitt eine Anzahl von n Rastausnehmungen auf, die im Winkel von 360°/n versetzt angeordnet sind. Die Rastausnehmungen sind axial oder radial wirkend, beispielsweise Nuten, Nocken oder Kurven mit prismatischen Führungsflanken, die beim Positionieren mit entsprechenden Rastelementen der Klemmeinrichtung zusammenwirken.
  • Das Arretieren der Spindel kann auf einfache Weise durch den Vorschub der Bearbeitungsmaschine erreicht werden, wobei die Spindel durch axialen Vorschub im Leerlauf ohne Drehmoment in die Rastposition eingedreht wird. Alternativ kann die Spindel langsam drehend mit kleinem Drehmoment in die Rastposition überführt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Festsetzen der Antriebsspindel in der Rastposition über eine Klemmvorrichtung mit einer Anzahl von synchron bewegbaren Arbeitszylindern, vorzugsweise mit drei Hydraulik – oder Pneumatikzylindern, welche konzentrisch zur Rotationsachse des Werkzeugs und in Umfangsrichtung in einem gleichmäßigen Winkelabstand versetzt angeordnet sind und radial zur Mittelachse der Klemmvorrichtung wirken. Jeder Arbeitszylinder trägt eine Formbacke mit einem Rastelemente, das formschlüssig mit der jeweiligen Rastausnehmung in dem Führungsabschnitt der Antriebsspindel versperrt werden kann. Die Antriebsspindel kann somit auf eine einfache mechanische Art und Weise in einer vorgeschriebenen Lage festgestellt und in die Werkzeugwechselposition gestellt werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Antriebsspindel einen Spindelantrieb mit einer Regelung zum Einstellen einer definierten Winkelstellung aufweist. Das Werkzeug ist hierbei mit einer definierten Drehbewegung entgegen der Schneidrichtung automatisch kuppelbar beziehungsweise mit einer Drehbewegung in Schneidrichtung entkuppelbar.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schnittstelle für die Werkzeugaufnahme des Spindelzapfens die Außenkontur eines Kreiskeilprofils mit Kreiskeilprofilsegmenten aufweist, wobei das Werkzeug eine Nabe mit einer Innenkontur besitzt, die eine an die Außenkontur des Spindelzapfen angepaßte Anzahl von Profilsegmenten mit einem Kreiskeilnutenprofil aufweist. Im Rahmen der Erfindung ist weiter vorgesehen, daß das Werkzeug mit Hilfe des Greifers in Richtung der Drehachse der Antriebsspindel axial zugeführt und gegen die Drehrichtung der Spindelwelle mit einem definierten Drehmoment beaufschlagbar ist.
  • Die Ausgestaltung der Schnittstelle mit einem Kreiskeilprofil mit Kreiskeilprofilsegmenten hat den Vorteil, daß für die Befestigung des Werkzeuges mit dem Greifer eine geringe Schwenkbewegung ähnlich wie bei einem Bajonettverschluß notwendig ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Werkzeugaufnahme mit einfachen Mitteln selbstzentrierend ist. Die Bearbeitungsmaschine kann damit bei hohen Drehzahlen schwingungsfrei und mit geringer Unwucht betrieben werden.
  • Der besondere Vorteil einer Kreiskeilverbindung ist darin zu sehen, daß die Werkzeugaufnahme sich selbsthemmend verkeilt und in radialer sowie in axialer Richtung Kräfte übertragen werden können.
  • Beim automatischen Bearbeiten von Werkstücken kann das Werkzeug mit einer Greifeinrichtung in Richtung der Achse der Antriebsspindel zugeführt und mit einer definierten koaxialen Drehbewegung automatisch gekuppelt oder entkuppelt werden. Schließlich kann die Greifeinrichtung in die Klemmeinrichtung integriert werden. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Wechselgreifer vorgesehen, wobei die Mitnehmer des Drehantriebes der Spannvorrichtung formschlüssig in das Formsegment des Werkzeugs einkuppeln und dieses während des Arretierens und beim Lösevorgang mit einem Drehmoment beaufschlagen.
  • Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zu dem Ausführungsbeispiel gehörenden Zeichnungen zeigen in
  • 1 die Motorspindel einer Bearbeitungsmaschine,
  • 2 die Antriebsspindel mit Klemmvorrichtung und dem Greifer mit dem Werkzeug,
  • 3 die Anordnung gemäß 2 nach dem Werkzeugwechsel,
  • 4 die Anordnung nach 2 in Rastposition der Antriebsspindel,
  • 5 die Anordnung nach 2 beim Ankuppeln des Werkzeugs,
  • 6 die Seitenansicht einer Werkzeugausführung,
  • 7 die perspektivische Ansicht des in 6 in der Seitenansicht gezeigten Werkzeugs,
  • 8 eine Klemmbacke mit Rastnase,
  • 9 eine Klemmbacke mit Rastbolzen,
  • 10 die Seitenansicht eines Werkzeughalters für kleine Bearbeitungswerkzeuge und
  • 11 eine perspektivische Darstellung des Werkzeughalters gemäß 10 in schematischer Darstellung.
  • 1 zeigt stark schematisiert eine Motorspindel 1 mit einer um eine Drehachse 2 angetriebene Antriebsspindel 3, die aus dem Spindelgehäuse herausgeführt ist. Die Antriebsspindel 3 ist an ihrem abtriebsseitigen Endabschnitt 4 mit einem Führungsabschnitt 5 mit Rastausnehmungen 6 versehen, die zum formschlüssigen Arretieren der Antriebsspindel 3 in einer definierten Winkelposition vorgesehen sind. Die definierte Winkelposition ist erforderlich, um ein Bearbeitungswerkzeug, nachfolgend Werkzeug 7, in einer ebenfalls vorgeschriebenen Lage mit der Antriebsspindel 3 fügen zu können. Die Antriebsspindeln 3 werden im wesentlichen nach zwei unterschiedlichen Ausführungen unterschieden, wobei die eine Ausführung mit einer Regelung des Spindelantriebs zum Einstellen einer definierten Winkelstellung versehen ist. Bei der lagegeregelten Antriebsspindel 3 wird die Position der Spindelwelle für den Werkzeugwechsel in die speicherprogrammierbare Steuerung der Maschine programmiert, wobei beim Werkzeugwechsel die Antriebsspindel 3 stets in die entsprechende Position eindreht und mit vollem Drehmoment gehalten wird. Bei einer wesentlich konstengünstigeren Antriebsspindel 3, die keine Lageregelung besitzt, ist es erforderlich, die Winkelposition mit mechanischen Mitteln einzustellen.
  • Zum Festsetzen der Antriebsspindel 3 weist der Führungsabschnitt 5 der Antriebsspindel 3 eine Anzahl n im gleichmäßigen Winkelabstand auf der Mantelfläche versetzt angeordnete axial oder radial wirkende Rastausnehmungen 6, wie Nuten, Nocken oder Kurven mit prismatischen Führungsflanken auf. Die in 1 erkennbare Rastausnehmung 6 weist eine Nut 8 mit keilförmig divergierenden Flanken 9 auf, die zur Führung eines Rastelements 11 dienen, das in 8 und 9 dargestellt ist. Das Rastelement 11 kann durch eine Rastnase 12 in 8 oder einen Rastbolzen 13 in 9 gebildet werden.
  • Der Führungsabschnitt 5 der Antriebsspindel 3 in 1 wird durch eine wellenabsatzförmige Plananlage 14 begrenzt. In Axialrichtung endseitig ist die Antriebsspindel 3 mit einem Spindelzapfen 15 versehen, der mit einer Schnittstelle für das Werkzeug 7 ausgebildet ist. Das in 7 beispielhaft ausgeführte Werkzeug 7 weist ein Schneidenteil 16 und ein Nabenteil 17 mit einer über die Breite des Schneidenteils 16 hinausragenden Nabenhülse 18 auf. Die Nabenhülse 18 ist auf der Außenseite mit einer umlaufenden Ringnut 19 versehen, was in 6 deutlich erkennbar ist. Durch die Ringnut 19 wird ein Ringbund 21 gebildet wird, der im Bereich seiner Stirnseite mit einem axial angeordneten Formelement 23 in Umfangsrichtung unterbrochen wird. Das Formelement 23 kann eine U-förmige Ausnehmung 23' aufweisen, deren Innenflächen 22 leicht konisch gestaltet sind. Rechtwinklig zur Längserstreckung des Ringbundes 21 ist die Nabenhülse 18 mit einer Planfläche 24 abgeschlossen, die an der in 1 gezeigten Plananlage 14 der Antriebsspindel 3 zur Anlage kommt, wenn das Werkzeug 7 mit der Antriebsspindel 3 gekuppelt ist.
  • Zum Ankuppeln des Werkzeugs 7 ist eine Greifeinrichtung 25 mit einem Greifarm 26 vorgesehen, was in 2 und 3 abgebildet ist. In 3 ist die Greiferhand 27 mit Greifklauen 28 erkennbar, die in die Ringnut 19 eingreifen. Seitlich der Greifklauen 28 sind Greiffinger 29 erkennbar, die in U-förmige Ausnehmung 23' eingreifen, die im Ringbund 21 der Nabenhülse 18 angeordnet ist. Aus der angegebenen Darstellung ergibt sich, daß auf diese Weise das Werkzeug 7 und die Antriebsspindel 3 in einer definierten Winkelposition beim Werkzeugwechsel gehalten sind, wenn die Rastelemente 11 der Klemmvorrichtung 31 in die Rastausnehmungen 6 der Antriebsspindel 3 und die Greiffinger 29 der Greifeinrichtung 25 in die U-förmige Ausnehmung 23' des Werkzeugs 7 eingreifen. 2 zeigt die Greifeinrichtung 25 vor dem Werkzeugwechsel, während 3 die Greifeinrichtung 25 nach dem Werkzeugwechsel zeigt.
  • Im umgekehrten Sinn zeigt 3 die Greifeinrichtung 25 vor der Entnahme des Werkzeugs 7 aus der Antriebsspindel 3 beziehungsweise 2 die Entnahme des Werkzeugs 7, was mit ein und derselben Greifeinrichtung 25 vorgenommen werden kann.
  • Aus der gezeigten Darstellung wird außerdem deutlich, daß die Entnahme des Werkzeugs 7 aus der Antriebsspindel 3 eine definierte Winkelstellung erforderlich macht, damit die Greiffinger 29 der Greifeinrichtung 25 in das Formelement 23 eingreifen können. Wenn die Antriebsspindel 3 nicht mit der oben erwähnten Regelung für die Lage ausgerüstet ist, wird eine Klemmeinrichtung 31 vorgesehen, die anhand von 2 näher erläutert werden soll. Die Klemmeinrichtung 31 weist auf einer Halteplatte 32 eine Durchgangsöffnung 33 auf, die konzentrisch zur der Drehachse 2 der Antriebsspindel 3 beziehungsweise der Rotationsachse des Werkzeugs 7 angeordnet ist. In konzentrischer Form zur Drehachse 2 der Antriebsspindel 3 ist eine Anzahl von synchron betätigbaren Arbeitszylindern 35 angeordnet.
  • Als Arbeitszylinder 35 werden vorzugsweise Hydraulik – oder Pneumatikzylinder eingesetzt, welche in Umfangsrichtung in einem gleichmäßigen Winkelabstand versetzt angeordnet sind und radial zur Mittelachse 36 der Klemmeinrichtung 31 wirken. Die Arbeitskolben 37 sind jeweils mit einer Klemmbacke 38 ausgerüstet, die mit einem Rastelement 11 versehen ist. Das Rastelement 11 ist in der gezeigten Darstellung eine Rastnase 12, welche eine etwas geringere Breite wie die in 1 gezeigte Nut 8 in dem Führungsabschnitt 5 der Antriebsspindel 3 aufweist.
  • Um einen Werkzeugwechsel vornehmen zu können, befindet sich die Klemmeinrichtung 31 mit der Durchgangsöffnung 33 in konzentrischer Lage zur Drehachse 2 der Antriebsspindel 3, wie in 4 dargestellt. Die Arbeitskolben 37 der Arbeitszylindern 35 werden in die pfeilmäßig gekennzeichnete Kolbenrichtung 39 durch Betätigen der Arbeitszylindern 35 bis auf die Tiefe der Nut 8 in der Antriebsspindel 3 vorgeschoben und in dieser Stellung gehalten. Anschließend oder simultan wird der durch den Vorschubpfeil 41 verdeutlichte Vorschub der Antriebsspindel 3 in Betrieb genommen. Dadurch erfolgt gleichzeitig eine gegenseitige axiale und radiale Annäherung der Rastausnehmung 6 mit den Rastelementen 11, die durch die divergierenden Nutflanken 9 bis zum Einrasten der Rastnase 12 in die Nut 8 geführt werden.
  • Das Eindrehen der Antriebsspindel 3 in die Raststellung kann somit einfach durch axialen Vorschub im Leerlauf ohne Drehmoment der Werkzeugmaschine vorgenommen werden. Soweit erforderlich kann die Antriebsspindel 3 langsam drehend mit kleinem Drehmoment bewegt werden, wobei eine Endabschaltung erforderlich ist.
  • Nach dem Einfahren der Antriebsspindel 3 können in der Raststellung die zum Werkzeugwechsel erforderlichen Drehmomente übertragen werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Werkzeugmaschinen, wird das Drehmoment nicht mit der Antriebsspindel 3, sondern mit der Greifeinrichtung 25 für das Werkzeug 7 bewerkstelligt, wodurch das Drehmoment wesentlich einfacher regelbar und einstellbar ist. Eine übermäßige Beanspruchung der Werkzeugwechselvorrichtung ist aus diesem Grunde ausgeschlossen.
  • Zum Werkzeugwechsel wird das Werkzeug 7 mit der Greifeinrichtung 25 gemäß 4 in die pfeilmäßig gekennzeichnete Achsrichtung 42 der Antriebsspindel 3 zugeführt, bis mit der Planfläche 24 des Werkzeugs 7 die Plananlage 14 der Antriebsspindel 3 erreicht ist, was in 5 zeichnerisch verdeutlicht ist. Das automatisch Kuppeln des Werkzeugs 7 erfolgt mit einer definierten Drehbewegung 43 entgegen der Schneidrichtung beziehungsweise mit einer Drehbewegung 44 in Schneidrichtung, wenn das Werkzeug 7 abzukuppeln ist. Die zum Kuppeln erforderlichen Drehmomente werden hierbei nicht durch die Antriebsspindel 3 übertragen, sondern mit der Greifeinrichtung 25 vorgegeben, was insbesondere bei kleinen Spindelabmessungen von Bedeutung ist. Die Antriebsspindel 3 kann somit eine leichte Bauweise und eine geringe Masse aufweisen.
  • Um eine drehfeste Vereinigung der Antriebsspindel 3 mit dem Werkzeug 7 zu gewährleisten, ist diese an ihrem abtriebsseitigen Endabschnitt 4 mit einem Spindelzapfen 15 versehen, der als Schnittstelle für das Werkzeug 7 ausgebildet ist. Die Schnittstelle des Spindelzapfens 15 weist die Außenkontur eines Kreiskeilprofils 45 mit mindestens drei Kreiskeilprofilsegmenten 46 in Umfangsrichtung auf, was in 1 erkennbar ist. Das in 7 gezeichnete Werkzeug 7 weist in der Nabenbohrung 47 eine Innenkontur mit mindestens drei Kreiskeilnutsegmenten 48 auf, die aus Kreiskeilnuten 49 gebildet sind. Eine Kreiskeilverbindung ist an sich bekannt und braucht an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt werden.
  • Die Kreiskeilverbindung mit Kreiskeilprofilsegmenten 46, 48 hat den Vorteil, daß das Werkzeug 7 mit Hilfe des Greifarms 26 gegen oder in Drehrichtung der Antriebsspindel 3 mit einer Rotationsänderung in einem Winkelbereich kleiner als 120° kuppelbar und mit einem definierten Drehmoment beaufschlagbar ist.
  • Eine Vereinfachung der Anordnung zum Werkzeugwechsel kann dadurch erreicht werden, daß die Klemmeinrichtung 31 und die Greifeinrichtung 25 in einen gemeinsamen Wechselgreifer integriert sind, was zeichnerisch nicht weiter ausgeführt ist.
  • Der Werkzeugwechsel kann bei einer Werkzeugmaschine auf kleinstem Raum bei geringer Baugröße realisiert werden. Neben der konstruktiven Vereinfachung und der Leistungssteigerung zeichnet sich die Erfindung durch eine Unempfindlichkeit gegenüber nicht – schmierenden oder abrasiv wirkenden Bearbeitungsrückständen aus, die insbesondere bei der Bearbeitung von Formstoffen bei der Herstellung von Formen für die Produktion von Gußteilen entstehen können. Damit bei kleiner Baugröße und geringem Gewicht Werkzeuge 7 mit geringen Werkzeugabmessungen eingesetzt werden können, ist ein in 11 gezeichneter Werkzeughalter 51 vorgesehen, der mit einer Nabe 52 und einer im oberen Teil der Nabe 52 umlaufenden Ringnut 19 ausgebildet ist, wobei die Ringnut 19 mit einem Formelement 23 in der oben beschriebenen Weise unterbrochen ist. Die Innenkontur der Nabe 52 ist mit den Kreiskeilnutsegmenten 48 ausgebildet. In Werkzeugrichtung weist der Werkzeughalter 51 nach 10 einen Hohlschaft 53 zur Aufnahme eines Werkzeugschaftes 54 auf, der in der vorliegenden Zeichnung strichpunktiert angedeutet ist. Mit Hilfe des Werkzeughalters 52 können sehr kleine Werkzeuge 7 mittels der Greifeinrichtung 25 in den automatischen Werkzeugwechsel einbezogen werden. Dadurch kann der Werkzeugwechsel von Hand vermieden werden.

Claims (11)

  1. Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen an einer Antriebsspindel einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine zum mehrseitigen Bearbeiten von großen und schweren Werkstücken mit tiefen Konturen, Freiformflächen und Hinterschneidungen, vorzugsweise zum Formstoff – Fräsen für die direkte Herstellung von Formen für Gussteile, wobei die Bearbeitungsmaschine mindestens eine Antriebsspindel mit einer Schnittstelle für ein Werkzeug zum Fräsen oder Bohren aufweist, die einen Führungsabschnitt mit Rastausnehmungen zum formschlüssigen Arretieren der Antriebsspindel in einer definierten Winkelposition aufweist und mit einem das Werkzeug beim automatischen Wechsel haltenden Greifer versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspindel (3) mit einer Plananlage (14) für das Werkzeug (7) sowie in Axialrichtung endseitig mit einem Spindelzapfen (15) versehen ist, der eine Außenkontur eines Kreiskeilprofils mit Kreiskeilprofilsegmenten (45) in Umfangsrichtung aufweist, wobei das Werkzeug (7) ein Nabenteil (17) mit einer Innenkontur besitzt, die eine an die Außenkontur des Spindelzapfen (15) angepasste Anzahl von Kreiskeilnutsegmenten (48) aufweist und wobei das Werkzeug (7) mit Hilfe des Greifarms (26) gegen oder in Drehrichtung der Antriebsspindel (3) mit einer Rotationsänderung in einem Winkelbereich kleiner als 120° gegenüber der Antriebsspindel (3) verdrehbar und mit einem definierten Drehmoment beaufschlagbar ist, wobei in konzentrischer Form zur Achse der Antriebsspindel (3) eine Klemmeinrichtung (31) mit Klemmbacken (38) vorgesehen ist, welche Rastelemente (11) mit einer Gegenkontur zu den Rastausnehmungen (6) zum Arretieren der Antriebsspindel (3) in der vorgegebenen Winkelposition enthalten, wobei das Werkzeug (7) mit der Greifeinrichtung (25) in Richtung der Achse der Antriebsspindel (3) zuführbar und mit einer definierten koaxialen Drehbewegung (43) entgegen der Schneidrichtung automatisch kuppelbar beziehungsweise mit einer Drehbewegung (44) in Schneidrichtung bei einem Winkel unter 120° entkuppelbar ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer nicht lagegeregelten Antriebsspindel (3), zum Festsetzen, der Führungsabschnitt (5) der Spindelwelle n im Winkel von 360°/n versetzt angeordnete, axial oder radial wirkende Rastausnehmungen (6) wie Nuten, Nocken oder Kurven mit prismatischen Führungsflanken (9) aufweist, die zur Übertragung des Drehmoments und beim Positionieren mit entsprechenden Klemmbacken (38) mit Rastelementen (11) zusammenwirken, wobei das Eindrehen der Antriebsspindel (3) durch axialen Vorschub im Leerlauf ohne Drehmoment oder langsam drehend mit kleinem Drehmoment ausführbar ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Festsetzen der Antriebsspindel 3 über die Klemmeinrichtung (31) mit einer Anzahl von synchron bewegbaren Arbeitszylindern (35), vorzugsweise mit drei Hydraulik – oder Pneumatikzylindern erfolgt, welche konzentrisch zur Rotationsachse (34) des Werkzeugs (7) und in Umfangsrichtung in einem gleichmäßigen Winkelabstand versetzt angeordnet sind und radial zur Mittelachse (36) der Klemmeinrichtung (31) wirken, wobei jeder Arbeitszylindern (35) eine Klemmbacke (38) trägt.
  4. Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen an einer Antriebsspindel einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine zum mehrseitigen Bearbeiten von großen und schweren Werkstücken mit tiefen Konturen, Freiformflächen und Hinterschneidungen, vorzugsweise zum Formstoff – Fräsen für die direkte Herstellung von Formen für Gussteile, wobei die Bearbeitungsmaschine mindestens eine Antriebsspindel mit einer Schnittstelle für ein Werkzeug zum Fräsen oder Bohren aufweist, die mit einem das Werkzeug beim automatischen Wechsel haltenden Greifer versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspindel (3) mit einer Plananlage (14) für das Werkzeug (7) sowie in Axialrichtung endseitig mit einem Spindelzapfen (15) versehen ist, der die Außenkontur eines Kreiskeilprofils mit Kreiskeilprofilsegmenten (45) in Umfangsrichtung aufweist, wobei das Werkzeug (7) ein Nabenteil (17) mit einer Innenkontur besitzt, die eine an die Außenkontur des Spindelzapfen (15) angepasste Anzahl von Kreiskeilnutsegmenten (48) aufweist und wobei das Werkzeug (7) mit Hilfe des Greifarms (26) gegen oder in Drehrichtung der Antriebsspindel (3) mit einer Rotationsänderung in einem Winkelbereich kleiner als 120° gegenüber der Antriebsspindel (3) verdrehbar und mit einem definierten Drehmoment beaufschlagbar ist, wobei die Antriebsspindel (3) einen Spindelantrieb mit einer Regelung zum Einstellen einer definierten Winkelstellung aufweist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der lagegeregelten Antriebsspindel (3) die Position der Spindelwelle für den Werkzeugwechsel in die speicherprogrammierbare Steuerung der Maschine programmierbar ist, wobei beim Werkzeugwechsel die Antriebsspindel (3) stets in die entsprechende Position eindrehbar und mit vollem Drehmoment angehalten ist.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle des Werkzeugs (7) als Nabenteil (17) ausgebildet ist, deren Innenkontur mit mindestens drei Kreiskeilnutsegmenten (48) mit Kreiskeilnuten (49) ausgebildet ist.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (7) einen Ringbund (21) mit einer Planfläche (24) enthält.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (7) im Ringbund (21) oder in Verlängerung des Nabenteils (17) mit einer Ringnut (19) für den Wechselgreifer und mit Formelementen (23) für die Positionierung und Übertragung von Drehmomenten versehen ist.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (31) in einen Wechselgreifer integriert ist, wobei die Mitnehmer des Drehantriebes der Spannvorrichtung formschlüssig in das Formsegment des Werkzeugs (7) einkuppeln und dieses während des Arretierens und beim Lösevorgang mit einem Drehmoment beaufschlagbar ist.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspindel (3) als Vollwelle ausgeführt ist.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Werkzeuges (7) ein Werkzeughalter (51) vorgesehen ist, der mit einer adäquaten Schnittstelle für den Spindelzapfen (15) ausgebildet ist.
DE1999157217 1999-11-27 1999-11-27 Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen Expired - Fee Related DE19957217B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1999157217 DE19957217B4 (de) 1999-11-27 1999-11-27 Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1999157217 DE19957217B4 (de) 1999-11-27 1999-11-27 Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19957217A1 DE19957217A1 (de) 2001-05-31
DE19957217B4 true DE19957217B4 (de) 2005-07-28

Family

ID=7930608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1999157217 Expired - Fee Related DE19957217B4 (de) 1999-11-27 1999-11-27 Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19957217B4 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7144355B2 (en) 2002-07-03 2006-12-05 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Tool replacement method and nut driver for machine tools
JP2004235250A (ja) * 2003-01-28 2004-08-19 Disco Abrasive Syst Ltd 切削装置
JP4699111B2 (ja) * 2005-06-30 2011-06-08 有限会社ニューリー研究所 自動工具交換装置および加工機械
DE202010008205U1 (de) * 2010-08-02 2011-12-01 W.T. Armatur Gmbh Vorrichtung zum Einspannen von Gehäusen
DE202013011927U1 (de) * 2013-12-18 2014-10-30 Newfrey Llc Wechselmatrizen-Übergabestation und Fügewerkzeugsystem
CN108799777A (zh) * 2018-08-02 2018-11-13 广东缀术智能监测科技有限公司 三脚架
CN111015322A (zh) * 2019-12-13 2020-04-17 西安飞机工业(集团)有限责任公司 一种刀具装卸装置及装卸方法
CN111098164B (zh) * 2020-01-03 2024-06-07 龙口市亨嘉智能装备有限公司 一种多边形加工料定位导向装置
CN111843558B (zh) * 2020-08-05 2021-08-24 马鞍山市新桥工业设计有限公司 一种具有快拆结构的工业机床用多功能铸造夹具

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4007072A1 (de) * 1990-03-07 1991-09-12 Bosch Gmbh Robert Anordnung zum wechseln von werkzeugen oder werkzeughaltern an nc-gesteuerten werkzeugmaschinen
DE4209153C2 (de) * 1991-03-22 1993-04-22 Hans 7310 Plochingen De Kuehl
WO1998047655A1 (de) * 1997-04-19 1998-10-29 Chiron-Werke Gmbh & Co. Kg Werkzeugmaschine zur bearbeitung von werkstückhohlräumen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4007072A1 (de) * 1990-03-07 1991-09-12 Bosch Gmbh Robert Anordnung zum wechseln von werkzeugen oder werkzeughaltern an nc-gesteuerten werkzeugmaschinen
DE4209153C2 (de) * 1991-03-22 1993-04-22 Hans 7310 Plochingen De Kuehl
WO1998047655A1 (de) * 1997-04-19 1998-10-29 Chiron-Werke Gmbh & Co. Kg Werkzeugmaschine zur bearbeitung von werkstückhohlräumen

Also Published As

Publication number Publication date
DE19957217A1 (de) 2001-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3715659C2 (de)
DE60201794T2 (de) Revolverwerkzeughalter
DE19711317C2 (de) Werkzeugmaschine
DE3509635C1 (de) Werkzeughalteeinrichtung fuer Drehmaschinen
DE102007061274A1 (de) Spindeleinrichtung
EP1224048A1 (de) Werkzeughalter
DE19717835A1 (de) Werkzeug sowie Verfahren zur Bearbeitung von Bohrungen mit einem derartigen Werkzeug
DE4028775C1 (de)
EP0813458A1 (de) Positionierantrieb, insbesondere für den einsatz in maschinenwerkzeugen sowie werkzeugkopf mit einem solchen positionierantrieb
DE3904259C2 (de)
DE19957217B4 (de) Anordnung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen
DE2338207A1 (de) Mehrspindelautomat, insbesondere mehrspindeldrehautomat
EP1523396B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum einspannen rotationssymmetrischer körper
EP0328958B1 (de) Vorrichtung zum Bearbeiten von rotationssymmetrischen Werkstückflächen
EP0231911A2 (de) Verfahren zum automatischen Verstellen einer Stangenführung an einer numerisch gesteuerten Drehmaschine sowie Drehmaschine zum Durchführen des Verfahrens
EP0513322B1 (de) Formbohr- bzw. formdrehgerät
EP0775546B1 (de) Werkzeughaltevorrichtung
DE3239720T1 (de) Innenschleifmaschine
DE3306303C2 (de)
DE4015509C1 (en) Tool holder for machine tool - has base with rotating inertia weight to drive it
EP0119236B1 (de) Mehrspindel-drehautomat
DE3108071C2 (de)
EP0489708B1 (de) Schleifapparat
DE19957218A1 (de) Anordnung zum automatischen Wechsel von Schaftwerkzeugen an einer Antriebsspindel von Bearbeitungsmaschinen
DE3418553A1 (de) Vorrichtung zum schnellwechseln der aufsatzbacken eines kraftbetaetigten spannfutters

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8110 Request for examination paragraph 44
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: ACTECH GMBH, 09599 FREIBERG, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20110601

Effective date: 20110531