DE2148586A1 - Device for automatic tool change in machine tools - Google Patents

Description

Einrichtung zum selbsttätigen Werkzeugwechsel in WerkzeugmaschinenDevice for automatic tool change in machine tools

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum selbsttätigen Werkzeugwechsel in Werkzeugmaschinen, und zwar in erster Linie für Bohrmaschinen, die für einen weiteten Bereich von Maschinen geeignet ist, die es ermöglicht, eine praktisch unbegrenzte Zahl von Werkzeugen zu speichern und die an die verschiedenen Methoden der Werkzeugwahl anpaßbar ist.The invention relates to a device for automatic tool change in machine tools, in the first place Line for drilling machines, which is suitable for a wide range of machines, which enables a practical to store an unlimited number of tools and which is adaptable to the different methods of tool selection.

Die Notwendigkeit, ein Werkstück vollständig zu bearbeiten, nachdem es auf dem Maschinentisch aufgespannt ist, insbesondere auf einem Tisch einer Bohrmaschine, erfordert eine beträchtliche Anzahl von Werkzeugen. Hierfür wurde ein Werkzeugmagazin in der Form einer Rollenkette mit einer hohen Aufnahmefähigkeit und der Möglichkeit einer fast unbegrenzten Vergrößerung der Zahl der Werkzeugstellungen entwickelt.The need to fully machine a workpiece after it is clamped on the machine table, in particular on a drill press table, requires a considerable number of tools. A tool magazine was created for this in the form of a roller chain with a high capacity and the possibility of almost unlimited enlargement the number of tool positions.

Die selbsttätige Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht die Werkzeugauswahl nach zwei Verfahren,nach dem Folgeverfahren, bei dem Werkzeuge im Magazin in der Anordnung gespeichert sind, in der sie benutzt werden sollen, was vor allem für die Bearbeitung kleinerer Werkstücke mit einem relativThe automatic device according to the invention enables the tool selection according to two methods, according to the subsequent method, in which tools are stored in the magazine in the order in which they are to be used, what above all for machining smaller workpieces with a relative

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kurzen Arbeitszyklus in Frage kommt, oder nach dem Verfahren der Auswahl nach einem Programm, in erster Linie für die Bearbeitung von komplexen Werkstücken beträchtlicher Größe, bei dem die Werkzeuge unabhängig von ihrer Lage im Speicher ausgewählt werden, um zu vermeiden, daß das Magazin die gleichen Werkzeuge in verschiedenen Stellungen enthält.short cycle of work comes into question, or following the process of choosing a program primarily for that Machining of complex workpieces of considerable size, in which the tools are independent of their position in the memory be selected to avoid that the magazine contains the same tools in different positions.

Es ist zwar eine Reihe von Einrichtungen zur selbsttätigen Werkzeugwahl bekannt, aber sie ermöglichen keinen schnellen Wechsel, um die Stillstandszeiten der Maschine so klein wie möglich zu halten und gleichzeitig die programmierte Werkzeug— auswahl zu treffen.A number of devices for automatic tool selection are known, but they do not allow a quick one Change in order to keep the downtimes of the machine as short as possible and at the same time the programmed tool- to make a choice.

Die selbsttätige Einrichtung gemäß der Erfindung löst dieses Problem dadurch, daß der größte Teil der Bewegungen des Systems, die erforderlich sind, um das neue Werkzeug auszuwählen, zu ergreifen und es in eine Stellung zur Verbindung mit der Spindel zu bringen, wie auch die Wegführung und Speicherung des Werkzeuges im Magazin, durchgeführt wird, während die V/erkzeugmaschine die Bearbeitungsvorgänge am Werkstück durchführt, " so daß die Zeiten, in denen die Maschine stillgesetzt werden muß,nur auf die Vorgänge des Heranbringens und des Wechsels des Werkzeuges an der Spindel beschränkt sind.The automatic device according to the invention solves this problem in that most of the movements of the system, required to select the new tool, grasp it and position it for connection to the spindle to bring, as well as the removal and storage of the tool in the magazine, is carried out while the machine tool performs the machining operations on the workpiece, "so that the times in which the machine is stopped must be limited only to the operations of bringing and changing the tool on the spindle.

Das wird gemäß der Erfindung in erster Linie durch einen beweglichen Übettragungsarm erreicht, der mit zwei Spannbacken versehen ist, eine zur Entnahme des Werkzeuges aus dem Magazin und die andere zur Rückgabe an das Magazin, so daß die Einführung des neuen Werkzeuges in den Spindelkonus unmittelbarAccording to the invention, this is primarily done by a movable one Transfer arm reached, the one with two clamping jaws is provided, one to remove the tool from the magazine and the other to return it to the magazine, so that the introduction of the new tool in the spindle cone directly

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nach der Entfernung des vorangehenden Werkzeuges erfolgt. Sobald sich der Übertragungsarm wegbewegt, kann die Maschine die Bearbeitung wieder aufnehmen.takes place after removing the previous tool. As soon as the transfer arm moves away, the machine can resume editing.

Die selbsttätige Einrichtung gemäß der Erfindung umfaßt eine Werkzeughaltekette, einen beweglichen Übertragungsarm, der drei rechtwinklig zueinander verlaufende Bewegungen ausführt, und zwei Spannbacken, von denen der eine das Werkzeug aus der Kette entnimmt und der andere es an die Kette zurückliefert.The automatic device according to the invention comprises a tool holding chain, a movable transfer arm, the executes three movements at right angles to each other, and two clamping jaws, one of which removes the tool from the Removes the chain and the other returns it to the chain.

Die Erfindung sei an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert, das jedoch ώη den Einzelheiten nicht verbindlich ist. Es zeigen:The invention will be explained with reference to the embodiment shown in the drawings, which however ώη the details is not binding. Show it:

Fig.l eine Frontansicht einer selbsttätigen Werkzeugwechseleinrichtung gemäß der Erfindung,Fig.l is a front view of an automatic tool changing device according to the invention,

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab eine Ansicht des beweglichen ' Armes mcfat den beiden Spannbacken in der Wartestellung in der Nähe der Werkzeugmaschinenspindel,2 shows, on an enlarged scale, a view of the movable arm mcfat the two clamping jaws in the waiting position near the machine tool spindle,

Fig.3 eine Ansicht unter 90° gegenüber den Fig.l und 2.3 shows a view at 90 ° compared to FIGS. 1 and 2.

Die Werkzeughaltekette ist ähnlich einer normalen Rollenkette mit großen Rollen mit Laschen 1 und Rollen 2, diese mit konischem Innensitz zur Anpassung an das Werkzeug 3. Die Kette wird durch Kettenräder 4 durch ein ölhydraulisches System 5 mit schnellet und genauer Einstellung bei jedem Schritt angetrieben. Für die Foffige- Werkzeugauswahl kann die Kette nur in einet Umfangsrichtung laufen, bei programmierter Auswahl kann sie in beiden Richtungen laufen. Die Kettenteilung und damit der Abstand zwischen den Werkzeugen ist so gewählt, daß er für die meisten normalen Werkzeuge ausreicht (etwa 140 mm).The tool holding chain is similar to a normal roller chain with large rollers with plates 1 and 2, these with a conical Inner seat to adapt to the tool 3. The chain is by chain wheels 4 through an oil hydraulic system 5 with Fast and accurate adjustment driven with every step. For the Foffige tool selection, the chain can only be used in run in one circumferential direction, with programmed selection it can run in both directions. The chain division and thus the distance between the tools is chosen so that it is sufficient for most normal tools (about 140 mm).

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Jedoch ist für Werkzeuge größerer Abmessungen die Möglichkeit vorgesehen, benachbarte Plätze freizulassen, ohne zu Programmanderungen gezwungen zu sein. Die Anordnung der Werkzeughaltekette ist so gewählt, daß Änderungen in der Zahl der Laschen möglich sind, d.h. um die Aufnahmefähigkeit des Magazins zu vergrößern, daß der Raum vor der Maschine für den Bedienungsmann nicht geändert wird, daß die Grundfläche verkleinert wird, daß die Arbeitsgänge des Ladens, Entladens und Zurückführen der Werkzeuge zur Kette während der Einstellung der Maschine erleichtert wird und daß schließlich die Kette nicht dem Werkstück in den Weg kommt, unabhängig von dessen Größe,However, for tools of larger dimensions, the possibility is provided to leave adjacent spaces free without To be forced to program changes. The arrangement of the tool holding chain is chosen so that Changes in the number of tabs are possible, i.e. to increase the capacity of the magazine that the space in front of it the machine is not changed for the operator, that the footprint is reduced, that the operations of the Loading, unloading and returning the tools to the chain is facilitated during the setting of the machine and that after all, the chain does not get in the way of the workpiece, regardless of its size,

Der bewegliche Arm hat folgende Aufgaben: Übertragung des Werkzeuges von der Haltekette zur Maschinenspindel, Erfüllung der Forderungen für die Abgabe des Werkzeuges an die Spindel in jeder beliebigen Stellung des senkrechten Hubes des Spindelkopfes und zwar ohne Leerhub für die geforderte Stellung, Ausführung einer schnellen Bewegung zur Verkürzung der Ruhezeit, Möglicht keit einer Überlappung des größten Teiles der Werkzeugbewegung und der Verbindungsstufen mit den Arbeitsstufen am Werkstück, geringste Beeinflussung des Aufbaues und der übrigen Teile der Bohrmaschine und gute Übersichtsmöglichkeit für den Bedienungsmann. The movable arm has the following tasks: transferring the tool from the holding chain to the machine spindle, fulfilling the requirements for the delivery of the tool to the spindle in any position of the vertical stroke of the spindle head, without any idle stroke for the required position, executing a fast movement for Reduction of the rest time, possibility of an overlap of the largest part of the tool movement and the connection steps with the work steps on the workpiece, minimal influence on the structure and the other parts of the drill and good overview for the operator.

Der bewegliche Arm ist am Querhaupt 6 der Säule 7 verankert. Er besitzt eine waagerechte Führung 8 für eine erste waagerechte Bewegung X (Fig.l) senkrecht zur Achse der Spindel 9The movable arm is anchored on the crosshead 6 of the column 7. He has a horizontal guide 8 for a first horizontal Movement X (Fig. 1) perpendicular to the axis of the spindle 9

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-5-.für die Bewegung von der Kette und der Spindel 9 weg und auf sie zu. Außerdem besitzt der Atm eine senkrechte Führung IO für eine zweite senkrechte Y.,(Fig.l) zur Übertragung der Werkzeuge von der Kette zur Spindel und umgekehrt. In gleicher Richtung ist die Baueinheit 11 der Spannbacken bezüglich der Führung 10 durch einen ölhydraulischen Zylinder 12 bewegbar, um abwechselnd die eine oder andere Spannbacke zum Fluchten mit der Spindel 9 zu bringen. Schließlich führt der bewegliche Arm noch eine dritte Bewegung Z (Fig.3) parallel zur Spindelachse aus, um die Werkzeuge entweder in das Futter 13 an der Spindel 9 oder in den Konus der Rolle 2 der Magazinkette einzuführen.-5-. For the movement of the chain and the spindle 9 away and up You to. In addition, the Atm has a vertical guide IO for a second vertical Y., (Fig.l) for transmitting the Tools from the chain to the spindle and vice versa. The structural unit 11 of the clamping jaws is in the same direction with respect to the guide 10 by an oil hydraulic cylinder 12 movable to alternately one or the other clamping jaw for Bring alignment with the spindle 9. Finally, the movable arm carries out a third movement Z (FIG. 3) in parallel to the spindle axis out to the tools either in the chuck 13 on the spindle 9 or in the cone of the roller 2 of the magazine chain to introduce.

Die beiden Spannbacken sind an der Baueinheit 11 montiert.Die obere Spannbacke A bewirkt immer die Entnahme eines neuen Werkzeuges aus der Kette und das Einsetzen in das Spindelfutter, während die untere Spannbacke B immer die Entnahme des gebrauchten Werkzeuges aus dem Futter und seine Speicherung in der Magazinkette bewirkt. Die beiden Spannbacken werden durch ölhydraulische Zylinder 14 und 15 selbsttätig geöffnet und geschlossen. The two clamping jaws are mounted on the structural unit 11 upper clamping jaw A always causes a new tool to be removed from the chain and inserted into the spindle chuck, while the lower jaw B always removes the used tool from the chuck and stores it in the Magazine chain causes. The two clamping jaws are hydraulic Cylinders 14 and 15 open and closed automatically.

Das Wergzeug wird am Flansch eines normalen Kegels (ISO 50) gefaßt, an dem einige kleine Änderungen vorgenommen sind, z.B. ein Umfangsschlitz mit zwei Bezugsbohrungen und eine Ausnehmung im Schaft. Die beiden Spannbacken haben für evtl. größere Werkzeuge einen Abstand voneinander entsprechend der doppelten Kettenteilung (280 mm bei einer Kettenteilung von 140 mm).The tool is attached to the flange of a normal cone (ISO 50) on which some small changes have been made, e.g. a circumferential slot with two reference bores and a recess in the shaft. The two clamping jaws have a distance from one another corresponding to possibly larger tools double chain pitch (280 mm with a chain pitch of 140 mm).

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Der Arbeitskreis einer Einrichtung gemäß der Erfindung verläuft folgendermaßen:The working group of a device according to the invention runs as follows:

l.Die Ausgangsstellung des Arbeitskreises wird an einem veränderbaren Punkt des senkrechten Hubes des beweglichen Armes festgelegt, wobei die Spannbacke A das Werkzeug für den ersten BearbeitungsVorgang hält. Der Punkt des senkrechten Hubes ist veränderbar, da das Ende des vorangehenden Ar— beitsganges durch den Bedienungsmann an einem Punkt bestimmt wurde, der je nach der Werkstückgröße so nahe wie möglich der Werkzeugspindel entsprechend der Werkstückgröße liegt, um so weit wie möglich die Stufen des Arbeitskreises, die der Bearbeitungszeit überlagert sind, zu vergrößern.The starting position of the working group will be at a set variable point of the vertical stroke of the movable arm, the jaw A being the tool for stops the first edit. The point of the vertical The stroke can be changed, since the end of the previous work cycle is determined by the operator at one point as close as possible depending on the workpiece size the tool spindle is located according to the workpiece size, as far as possible the steps of the working group that are superimposed on the processing time.

2. Am Ende der Bearbeitung bewegt der Tisch sich von der Spindel weg, deren Drehung angehalten wird. Die Spindel wird in die geeignete Stellung eingestellt, während der bewegliche Arm eine Abwärtsbewegung zu der Stellung beginnt, die vorher von der Spindelachse eingenommen wurde.2. At the end of machining, the table will move away from the spindle, which will stop rotating. The spindle will adjusted to the appropriate position while moving Arm begins to move down to the position previously assumed by the spindle axis.

ψ 3.Die Spannbacke B ergreift das Werkzeug, das den vorangegangenen Arbeitsgang beendet hatte und zieht es aus dem konischen Spindelfutter heraus. ψ 3. The clamping jaw B grabs the tool that had completed the previous operation and pulls it out of the conical spindle chuck.

4. Der bewegliche Arm bewegt sich weiter abwärts, um die Spannbacke A an die Stelle zu bringen, in der sie das neue Werkzeug in das Spindelfutter einsetzt, in dem es dann eingespannt wird.4. The movable arm continues to move downwards to bring the clamping jaw A where it will hold the new one The tool is inserted into the spindle chuck, in which it is then clamped.

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5. Der bewegliche Arm bewegt sich von der Spindel weg und dann aufwärts zur Kette, während die Spindel einen neuen Bearbeitungsvorgang beginnt.5. The movable arm moves away from the spindle and then up to the chain while the spindle creates a new one Processing begins.

6, Die beiden Spannbacken kommen in die Nähe der Kette. Spannbacke B gibt das bereits gebrauchte Werkzeug in den Speicher, während Spannbacke A das Werkzeug entnimmt, das für den nächstfolgenden Arbeitsgang gebraucht wird.6, The two jaws come near the chain. Jaw B puts the tool that has already been used in the store, while Jaw A removes the tool that is needed for the next step.

7.Schließlich bewegt sich der bewegliche Arm wieder abwärts zur Ausgangsstellung und erwartet den nächsten Wechsel, während die Kette um einen Schritt weitergeschaltet wird.7. Finally the movable arm moves down again to the starting position and awaits the next change while the chain is switched one step further.

Aus der Beschreibung ist ersichtlich, daß das durch die Werfceughaltekette gebildete Magazin unabhängig von der Einrichtung zur Übertragung ist, die durch den beweglichen Arm und die Spannbacken gebildet ist^Während der Stillstandszeit der Maschine werden nur die Schritte der Annäherung an die Spindel, der Werkzeugwechsel in der Spindel und die Rückkehr zur Wartestellung ausgeführt, während alle anderen Schritte, Übertragung, Speicherung in der Kette, Entnahme aus der Kette vor sich gehen, während die Maschine arbeitet und infolgedessen die Bearbeitungszeit nicht beeinträchtigen.It can be seen from the description that the magazine formed by the throwing holding chain is independent of the device for transmission, which is formed by the movable arm and the clamping jaws ^ During the downtime the machine only takes the steps of approaching the spindle, changing tools in the spindle and returning to wait while all other steps, transmission, storage in the chain, removal from the chain go on while the machine is working and consequently do not affect machining time.

Die Werkzeuge können in der Kette im wesentlichen nach drei Methoden angeordnet werden, entsprechend den beiden Typen der Werkzeugwahl.The tools can be arranged in the chain in essentially three ways, corresponding to the two types the choice of tools.

1. Die Werkzeuge liegen in der Kette in der Reihenfolge ihrer Verwendung. Die Kette schaltet, ausgehend vom ersten Werkzeug1. The tools are in the chain in the order in which they are used. The chain switches based on the first tool

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jeweils um einen Schritt weiter. In diesem Falle brauchen weder die Werkzeuge noch die Lage der Werkzeuge in der Kette programmiert zu werden. Das Maschinenprogramm gibt nur das Kommando zum Werkzeugwechsel ohne jede ande*re Angabe. Es ist das die bereits erwähnte Folgewahl.one step further each time. In this case, neither the tools nor the position of the tools in the chain need to be programmed. The machine program only gives the command to change the tool without any other information. It is that the already mentioned follow-up choice.

2. Die Werkzeuglagen in der Kette sind so programmiert, daß sich in jeder Stellung ein bestimmtes Werkzeug befindet und jeder Programmwechsel eine Nummer entsprechend der Stellung des2. The tool positions in the chain are programmed in such a way that there is a specific tool in each position and every program change a number corresponding to the position of the

k benötigten Werkzeuges gibt, wobei die Kette eine Bewegung von mehreren Schritten ausführt, bis das benötigte Werkzeug zum Entnahmepunkt gekommen ist. Das ist die programmierte Auswahlmethode. k required tool there, the chain moving executes several steps until the required tool has reached the removal point. This is the programmed selection method.

3. Jedes Wetkzeug kann durch einen eigenen Code identifiziert werden und ist in einer nichtcodierten Stellung in der Kette. Auch diese Methode,obgleich sie einige Schwierigkeiten in der praktischen Durchführung des Werkzeugwechsels hat, fällt als Arbeitsweise unter die vorgehende programmierte Stellungs— auswahl.3. Each tool can be identified by its own code and is in a non-coded position in the chain. Also this method, although it presents some difficulties in the practical implementation of the tool change, the working method falls under the previously programmed position— selection.

Unter den Begriff "Bohrmaschine" fallen alle Bearbeitungswerkzeuge mit einem Schaft, der in ein Futter an der Spindel einspannbar ist.The term "drilling" all processing tools coincide with a shaft which can be clamped in a chuck on the spindle.

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Claims (8)

_₉_ 2U8586_ ₉ _ 2U8586 Patentansprüche:Patent claims: ( 1.)Einrichtung zum selbsttätigen Werkzeugwechsel in einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß einem als bewegbare Kette ausgebildeten Werkzeugspeicher ein in drei senkrecht zueinander stehenden Richtungen bewegbarer Übertragungsarm zugeordnet ist und der Übertragungsarm zwei Spannbacken ( A,B) aufweist, deren einer zur Entnahme der Werkzeuge axs dem Speicher (1,2), der andere zu ihrer Zurückbringung in den Speicher dient. (1.) Device for automatic tool change in one Machine tool, characterized in that a tool store designed as a movable chain has one in three mutually perpendicular directions movable transfer arm is assigned and the transfer arm two Has clamping jaws (A, B), one of which is used to remove the tools from the store (1,2) and the other to bring them back into the store. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkette eine Rollenkette ist, deren Rollen (2) konische Sitze zum Einsetzen der Werkzeugschäfte aufweisen.2. Device according to claim 1, characterized in that the storage chain is a roller chain whose rollers (2) have conical seats for inserting the tool shafts. 3.Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkette (1,2) unabhängig vom beweglichen Arm und den Spannbacken (A,B) bewegbar ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that that the storage chain (1,2) can be moved independently of the movable arm and the clamping jaws (A, B). 4,Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette für in der Bearbeitungsreihenfolge gespeicherte Werkzeuge in einer Richtung bewegbar ist.4, device according to claim 3, characterized in that the chain for tools stored in the machining sequence can be moved in one direction. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkette für die programmierte Auswahl der Werkzeuge in beiden Richtungen bewegbar ist. 6.Einrichtung nach einem oder mehreren der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (A,B) auf einem Tragarm (11) angeordnet sind, der gegenüber dem beweglichen Arm gleitbar ist, und daß der den Werkzeugkegel aufnehmende Konus eine Umfangsnut mit Bezugsbohrungen und eine Nut auf dem Schaft aufweist.5. Device according to claim 3, characterized in that the memory chain for the programmed selection of tools is movable in both directions. 6. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the clamping jaws (A, B) are arranged on a support arm (11) which is movable opposite the Arm is slidable, and that the cone receiving the tool cone has a circumferential groove with reference bores and a groove having the shaft. 209815/1075209815/1075 7.Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Spannbacken (A) zur Entnahme eines Werkzeuges aus der Speicherkette und zur Einführung in das Spindelfutter, die untere Spannbacke (B) zum Abziehen des Werkzeuges aus dem Spindelfutter und zur Einlage in die Speicherkette dient.7.Einrichtung according to claim 1, characterized in that the upper clamping jaw (A) for removing a tool from the storage chain and for inserting it into the spindle chuck, the lower clamping jaw (B) for removing the tool from the spindle chuck and for inserting it into the storage chain serves. 8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Bewegungen ölhydraulische Antriebe dienen, die nach dem nummerischen Programm der Werkzeugmaschine gesteuert werden.8. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that oil-hydraulic to control the movements Drives are used that are controlled according to the numerical program of the machine tool. 209815/1(17 5209815/1 (17 5