DE2002399A1 - Einrichtung zum selbsttaetigen Wechseln von Werkzeugen an Werkzeugmaschinen,insbesondere an programmgesteuerten Drehmaschinen - Google Patents

Description

Maschinenfabrik Ileid Aktiengesellschaft in Wien (Österreich)

Einrichtung zum selbsttätigen Wechseln von Werkzeugen

an Werkzeugmaschinen, insbesondere an programmgesteuerten

Drehmaschinen

Bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, vor allem bei numerisch gesteuerten Drehmaschinen ist die Verwendung voreingestellter Werkzeuge nach Möglichkeit in Schnellwechsel-Werkzeughaltern sowohl von besonderer technischer wie auch wirtschaftlicher Bedeutung.Selbst bei der Bearbeitung verhältnismäßig einfacher Werkstücke ist der Einsatz mehrerer verschieden gestalteter Werkzeuge, wie Längsdrehmeissel, Plandrehmei.ssel_rS'-te-chm-e±-&e-ei-_r-Bohrmeissel usw erforderlich.. Komplizierte Werkstückformen

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erhöhen sinngemäß die Anzahl der zur Bearbeitung benötigten Werkzeuge. Um selbst bei der Fertigung kleiner Seriengrößen wirtschaftliche Umrichtzeiten zu erhalten, besteht das Bestreben, bei numerisch gesteuerten Maschinen auch die benötigten Werkzeuge und die Werkzeugfolge in das Programm der Selbststeuerung einzubeziehen. Neben der bekannten Lösung, die Werkzeuge auf Revolverköpfen anzuordnen und das für die Bearbeitung benötigte Werkzeug durch Schwenken des Revolverkopfes in die jeweilige Arbeitsposition zu bringen, besteht die Möglichkeit, die Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugmagazin auszurüsten und das jeweils benötigte Werkzeug aus diesem Magazin abzurufen, wobei das Auswechseln der Werkzeuge über eine Einrichtung, die in Zusammenwirken mit der Steuerung der Maschine arbeitet, vorgenommen wird. Solche Werkzeugwechseleinrichtungen werden bekannterweise in mehreren Ausführungen für Maschinen mit rotierender WerkzeugbewOgun^, also vor allem Fräs— und Bohrmaschinen angewendet. So ist beispielsweise ein Horizontal-Bohr- und Fräsbearbeitungszentrum bekannt, bei dem die Werkzeuge in einem trommelförmigen Magazin angeordnet sind oder in einer anderen Lösung in einem Magazin, das aus einer Werkzeughalterkette besteht, wodurch gegenüber der erstgenannten Ausführung die Aufnahme einer größeren Anzahl von Werkzeugen ermöglicht wird. Der Bohrstock oder Werkzeugschlitten fährt in einer Ausführung in Wechselposition, d.h. bis zum fix angeordneten Magazin, wobei der Werkzeugwechsel mittels einer zweiarmigen Beladeeinrichtung, die sowohl drehbar als auch in Richtung der Bohrspindelachse verschiebbar ist, vorgenommen wird.

In einer anderen Ausführung wird das Werkzeug vom Magazin ebenfalls wieder über eine zweiarmige schwenkbare

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und vertikal verschiebbare Werkzeugbeladeeinrichtung vom Magazin weg zum in Werkzeugwechselstellung stehenden Schlitten gebracht und der Werkzeugwechsel nunmehr wieder über eine Kombination von Schwenk— und Axialbewegung der Beladeeinrichtung durchgeführt.

In einer weiteren bekannten Beladeeinrichtung zu llorizontal-Bohr- und Fräsmaschinen wird die Schwenk- und

Axialbewegung direkt von einem auf dem Arbeitsschlitten angeordneten Werkzeugkopf durchgeführt, der zwei um

Eine ähnliche Lösung wurde auch bei einher Drehmaschine angewendet, es ist jedoch als besonderer Nachteil festzustellen, daß die Werkzeugwechselzeitieine größere Maschinenstillstandzeit erforderlich macht und daß darüber hinaus durch die Schwenkbewegung des Werkzeugaufnahmeblockes am Planschieber der Arbeitsbereich der Maschir.e vor allem beim Einsatz von weit ausladenden Bohrstangen wesentlich eingeschränkt wird.

Alle vorstehend beschriebenen Einrichtungen verwenden Werkzeuge bzw. Werkzeughalter mit zylindrischer"oder kegeliger Aufnahme des Werkzeughalters. Diese Werkzeugauf nahmen sind zwar für Maschinen mit rotierenden Werkzeugen,- also vor allem Bohr- und Fräsmaschinen günstig, sind jedoch bei Drehmaschinen nur bedingt anwendbar, da sie den Einsatz sowohl von Klemmdrehstahlhartem wie auch von schwereren Ausbohrwerkzeugen behindern-. Dementsprechend sollte ein Werkzeugwechselmagazin, das bei Drehmaschinen Anwendung findet, vor allem den Einsatz

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von SchnellwechselWerkzeughaltern ermöglichen, die in bekannter Weise über prismatische Führungen die Erreichung höchster Wechselgenauigkeit wie auch die Aufnahme stabiler Drehwerkzeuge sicherstellt. Es ist eine Magazineinrichtung bekannt, bei der aus einem trommelförmig gestalteten Magazin, in dem beispielsweise zwölf Werkzeuge gespeichert sind, mittels eines zweiarmigen Hebels, der sowohl schwenkbar als auch vertikal verfahrbar ist, die Werkzeughalter gleichzeitig aus dem Speicher und dem Werkzeughalterspannblock erfaßt werden und nach Ausheben aus der Werkzeughaiter-Halterung über eine 160° Schwenkbewegung der Werkzeugwechsel durchgeführt wird. Der Werkzeugspannblock ist hiebei am Planschieber der Drehmaschine angeordnet, während die als Doppelgreifer ausgebildete Werkzeugwechseleinrichtung fest mit dem Werkzeugspeicher am Längsbett verbunden ist. Der Nachteil dieser Einrichtung besteht vor allem darin, daß die Werkzeugwechselzeiten verhältnismäßig groß sind, da bei dieser Einrichtung der längsverschiebbare Bettschlitten immer bis an das Bettende in Werkzeugwechselposition fahren muß.

Bei einer anderen Einrichtung mit Trommelmagazin, in dem beispielsweise neun Werkzeughalter angeordnet sind, sind das Magazin und der Werkzeughalterspannblock am Bettschlitten angeordnet und das Magazin und der Spannblock nehmen an den Bewegungen des Bettschlittens teil. Zum Werkzeugwechsel wird der Drehschlitten in Wechselposition gefahren und über einen Hydraulikzylinder parallel zur Drehachse der Werkzeughalter aus dem Spannblock in das Magazin gebracht, das einzelne codierte Positionen besitzt. Nach Drehbewegung des Magazins entsprechend des nunmehr abzurufenden Werkzeughalters wird dieser durch den glei-

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chen Zylinder wieder zum Spannblock gebracht und nunmehr in diesem gespannt. Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß nur eine geringe Anzahl von Werkzeughaltern verwendet werden kann, da der Trommel-' durchmesser begrenzt ist und darüber hinaus das mitfahrende Trommelmagazin die zu bewegenden Massen wesentlich vergrößert.

Der Einsatz von weit ausladenden Bohrstangen ist bei dieser Ausführung ebenfalls nur bedingt möglich. Die Werkzeugauswahl erst nach dem Einführen des vorher benötigten Werkzeuges in das Magazin bedingt,eine Erhöhung der Maschinenstillstandszeit. Dieser Zeitanteil würde sich bei Vergrößerung der Werkzeüganzahl, die jedoch speziell in Richtung der Entwicklung zum Bearbeitungs-* Zentrum besonders zu beachten ist, progressiv vergrößern.

In einer weiteren Einrichtung, ist es bekannt, ein senkrecht zur Drehachse verschiebbares, mit sieben Werkzeughaltern ausgestattetes an der rechten Seite des Drehmaschinenbettes angeordnetes Transversalmagazin zu verwenden. Der Werkzeughalterspannblock ist bei dieser Ausführung wieder am Planschlitten angeordnet und fährt in Werkzeugwechselstellung an das rechte Bettende unter das Werkzeughaltermagazin. Hier wird am "Leerplatz¹¹ der Werkzeughalter abgegeben und nach einer Querverschiebung des Transversalmagazins vor oder zurück der nächste Werkzeughalter ausgewählt und anschließend auf den darunter stehenden Spannblock festgeklemmt, worauf der Plauschlitten wieder in seine Arbeitsposition fährt. Auch

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bei dieser Ausführung ergeben sich verhältnismäßig lange Werkzeugwechselzeiten, da der Werkzeugschlitten immer an das Bettende fahren.muß. Darüber hinaus ist die Anzahl der Werkzeughalter (in diesem Fall sieben) eingeschränkt, da dieses System der quer angeordneten Werkzeughalterstat^ionen die Verwendung einer größeren Anzahl von Werkzeughaltern nur bedingt zuläßt. Ebenso fällt bei dieser Ausführung die Werkzeugauswahlzeit wieder in die Maschinenstillstandszeit.

In einer weiteren bekannten Werkzeugwechsel einrichtung zu Drehmaschinen ist es bekannt, ein am Bettende angeordnetes scheibenförmiges Magazin beispielsweise ;uit neun Werkzeughaltern zu verwenden, dessen Drehachse senkrecht zur Bettführungsebene liegt. Der Werkzeughalterspannblock ist am quer zur Drehachse verschiebbaren Planschlitten angeordnet und fährt zum Werkzeugwechsel in Wechselposition unter das Magazin, legt den Werkzeughalter ab und verbleibt während der Werkzeugauswahl, die durch Drehung der Magazinscheibe erfolgt, in dieser Stellung. Wenn der vorgewählte Werkzeughalter die Wechselstelle erreicht, erfolgt Stillstand der Drehbewegung der Scheibe und der Werkzeughalter wird am Spannblock gespannt und fährt nunmehr in Arbeitsstellung. Der Nachteil dieser Ausführung besteht in einer begrenzten Anzahl der verwendeten Werkzeuge und ebenso in einer Erhöhung der Werkzeugwechselzeiten, da der Spannblock wieder bis unter das Magazin fahren muß und die Werkzeugwechselzeit Maschinenstillstandszeit ist. Bei einer Variante dieser Ausführung ist zur raumsparen-

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den Unterbringung der Werlcz eughalt er Vorgesehen, am drehbaren Scheibenmagazin die Werkzeughalter aus einer Lage parallel zur Drehachse in eine Lage senkrecht zur Drehachse ,zu bringen. Es wird hier zwar ein Vorteil im Raumbedarf des Magazins erreicht, die anderen vorstehend geschilderten Nachteile werden jedoch nicht beseitigt^ .

Schließlich ist eine Werkzeugwechseleinrichtung zu Drehmaschinen mit einem parallel zur Drehachse oberhalb der Maschine angeordneten Transversalmagazin bekannt, das iünfzehn Werkzeughalter aufzunehmen in der Lage ist. Zum Werkzeugwechsel fährt der Schlitten des Transversalmagazins in eine Werkzeugweehselposition, die dem vorbestimmten zum Wechsel vorgesehenen Werkzeughalter entspricht. Zu gleicher Zeit läuft der Planschlitten der Drehmaschine, auf dein der Werkzeug— halterspannblock angeordnet ist, in Werkzeugwechselposition. Zwei Greifhebel fassen die auszuwechselnden Werkzeughalter gleichzeitig und schwenken sie in zwei verschiedene. Ebenen entgegengesetzt um 90 , während der Plansehlitten nach beendetem Werkzeugwechsel in Arbeitsstellung läuft. Der Schlitten des Transversalmagazins läuft in seine Grundstellung, und die Greiferhebel schwenken in ihre Ausgangsposition, Der Xachteil dieser Einrichtung besteht wieder in einer relativen Begrenzung der Anzahl von Werkzeugen und einem ver— haitni smüßi g umstän dli ch en Ein1 eg en von Werkzeughaltern, das in Zusammenhang mit der Anordnung des Transversalmagazins oberhalb der Drehmaschine steht.

Zweck der Erfindung ist es, eine Werkzeugwechseleinrichtung zu Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen zu entwickeln, die Werkzeughalter verwendet,

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welche vorzugsweise prismenförraige Führungen aufweisen, wobei jedoch mit einfachen Mitteln die Verwendung einer großen Anzahl von Werkzeughaltern (30 bis 40 und mehr) sichergestellt werden soll. Darüber hinaus soll die Anwendung von Werkzeugen mit großer Ausladung, beispielsweise schwerer .Bohrstangen, gesichert sein, die Werkzeugauswahlzeit in Überdeckung mit der Maschinenhauptzeit liegen und kürzeste Transportzeiten zur Durchführung des noch verbleibenden Werkzeugwechsels erreicht werden.

^ Dies wird erfindungsgeinäß dadurch erreicht, daß die Transporteinrichtung einen vertikal, verschiebbaren Aufnehmer mit zwei oder mehreren übereinander angeordneten Taschen aufweist, von denen die eine z.B. die obere Tasche zur Aufnahme des aus dein Magazin zugeführten Werkzeughalters und die andere z.B. untere Tasche zur Aufnahme des ausgewechselten Halters dient, daß der Aufnehmer an einem horizontal längs des Maschinenbettes beweglichen Beladesehlitten angeordnet ist, der den Aufnehmer in die War.teposition und in die Werkzeugwechselebene' zum Spannblock und wieder

^ zurück zur Ausgangsstellc fährt, und daß z.B. ein Hydraulik- oder ein Druckluft-Zylinder vorgesehen ist, der den Aufnehmer vertikal verschiebt.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt. Fig.l zeigt den Aufriß der gesamten Magazin- und Beladeeinrichtung in Verbindung mit dem Werkzeugschlitten einer Drehmaschine; Fig.2 den Grundriß zu Fig.l; Fig.3 eine

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Einzelheit und Fig. ^lt ein Schema der Bewegungsbahn

des Aufnehmers mit Werkzeughalter vom Magazin zum

Spannblock, und den Rückweg des Aufnehmers zum Magazin.

Die Werkzeugswechselhalter mit prismatischen Führungen sind in einem Kettenmagazin 2 aufgenommen, das aus einer Mehrzahl von Aufnahmegliedern besteht.

Beim Vorbereiten des automatischen Werkzeugwechsels wird ein Werkzeughalter l^r der Magazinkette entsprechend der im Programm vorgegebenen codierten Werkzeugnummer unter Zuhilfenahme einer bekannten Leseeinrichtung in die Position 0 (Fig.k) der Beladeebene III des Kettenmagazins gebracht und mit einer Beladeeinrichtung 3, die beispielsweise einen Hydraulik» oder einen Druckluftzylinder k aufweist, in die Aufnahmetasche6 eines Aufnehmers 8 (Fig.3) geschoben, die zu diesem Zwecke Führungsleisten 17 aufweist, welche in Nuten des Halters 1' eingreifen. Unterhalb der Tasche 6 ist eine zweite Aufnahmetasche angeordnet. Der Aufnehmer 8 ist über einen Hydraulikoder einen Druckluftzylinder 9 vertikal verschiebbar.

Nach Einlegen des Werkzeughalters I¹ in die Tasche 6 wird der "Aufnehmer S, der an einem Beladeschlitten ii angeordnet ist, entlang eines Hilfsbettes 12 durch ein Getriebe 10 horizontal von der Stellung A nach B (Fig.k) verschoben, hierauf mittels des Zylinders 9 vertikal aufwärts in die Stellung C der Ebene IV· bewegt und sodann wieder entlang des Hilfsbettes 12 in dieser Ebene in die Stellung D verfahren. Während dieses Bewegungsablaufes ist die leere Tasche 7 in die Beladeebene III gekommen und steht unterhalb

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des Punktes D in Warteposition knapp vor dem im Spannblock 13 durch eine Spanneinrichtung 14 gespannten Werkzeughalter 1. Der Spannblock 13 ist am querverschiebbaren Planschieber 15 der Drehmaschine angeordnet, der wieder am Bettschlitten 16 verschiebbar ist.

Der Werkzeughalterwechsel spielt sich nun wie folgt ab: Der Bettschlitten 16 fährt in die Position der Werkzeugebene V und der Planschieber 15 mit seinem aufgebauten Spannblock 13 in die Position unter dem Punkt E. In diesem Moment wird auch der in der Warteposition L stehende Aufnehmer 8 in die Ebene V nach dem Punkt E entlang des Bettes 12 verschoben und dabei der bisher in Spannposition stehende Werkzeughalter 1 in der unter der Tasche 6 befindlichen leeren Tasche 7 in Position F aufgenommen. Nunmehr wird über das Spanngetriebe lh der Halter 1 gelöst und der Aufnehmer & von E nach F abwärts verschoben, wobei der in der Tasche 7 befindliche Werkzeughalter 1 in der Prismenführung des Spannblockes 13 nach abwärts geschoben und dei~ in der Tasche 6 befindliche Werkzeughalter I¹ in die prismatische Führung 17 (Fig.2) eingeschoben wird. Nunmehr wird über das Spanngetriebe Ik der Werkzeughalter 1 festgespannt. Gleichzeitig verfährt das Getriebe 10 den Aufnehmer S in die Stellung G, worauf der Bettschlitten 16 mit dem nunmehr ausgewechselten Werkzeug einerseits in die neue Arbeitsposition fährt und anderseits der Aufnehmer 8 in seine Ausgangsposition A zurückkehrt. Der mit Pfeilen angedeutete Weg von F über G und über B nach A zeigt die Bahn der nunmehr leeren Tasche 6 an, wogegen die Bahn der den ausgewechselten Werkzeughalter 1 aufgenommenen Tasche um eine Teilung unterhalb dieser Bahn verläuft,

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so daß der in der Ebene II befindliche Aufnehmer zur Abnahme des Werkzeughalters 1 in die Stellung A nach oben geschoben werden muß und sodann eine nicht näher dargestellte ebenfalls hydraulisch betätigte Hilfseinrichtung5 den Werkzeughalter 1 erfaßt und in die Freistellung des Kettenmagazins 2 einführt. Zur Übernähme eines neuen Werkzeughalters ist der Aufnehmer & wieder nach unten um eine Teilung zu verschieben, wor auf entsprechend der von-der Steuerung vorgegebenen neuen Werkzeugnumraer eine Bewegung der Werlczetigtransportkette wieder erfolgt bis das neue (codierte) Werk zeug in die Position O der Beladeebene III kommt und sich der vorbeschriebene Vorgang wiederholt.

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Claims (2)

1. Patentansprüche :

   Einrichtung zum selbsttätigen Wechseln von Werkzeugen an Werkzeugmaschinen, insbesondere an programmgesteuerten Drehmaschinen, bei welchen die Werkzeughalter in einem Kettenmagazin angeordnet sind und mittels einer Transporteinrichtung vom Magazin zum Werkzeughalterspannblock gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung einen vertikal verschiebbaren Aufnehmer (s) mit zwei oder mehreren übereinander angeordneten Taschen (6,7) aufweist, von denen die eine z.B. die obere Tasche (6) zur Aufnahme des aus dem Magazin zugeführten Werkzeughalters (l¹) und die andere z.B. untere Tasche (7) zur Aufnahme des ausgewechselten Halters (l) dient, daß der Aufnehmer (b) an einem horizontal längs des Maschinenbettes beweglichen Beladeschlittens (ll) angeordnet ist, der den Aufnehmer in die Warteposition (D) und in die Werkzeugwechsel ebene (V) zum Spannblock und wieder zurück zur Ausgangsstelle (A) fährt, und daß z.B. ein Hydraulik- oder ein Druckluftzylinder (9) vorgesehen ist, der den Aufnehmer (&) vertikal verschiebt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Taschen (6,7) des Aufnehmers (8) Leisten (17) und am Werkzeughalter (l) entsprechende Nuten zur Führung an den Leisten vorgesehen sind.

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