DE2911941C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für den automatischen Werkzeugwechsel an Werkzeugmaschinen, insbesondere Bearbeitungs­ zentren, bei der die Bewegungen der Arbeitsspindel und der Werkzeugwechseleinrichtung in die Übergabeposition zwangsläufig überlagert sind.

Bei einer bekannten Einrichtung werden die Bewegung der Arbeits­ spindel in eine Werkzeugwechselposition und das Zurückfahren des Spindelkastens in eine Grundstellung mittels der numerischen Steuerung überlagert (DE-AS 12 35 705). Die Werkzeugwechselein­ richtung besteht aus einem zweiarmigen Greifer mit rechtwinklig zueinander angeordneten Klauen und ist an einem höhenverschieb­ lich am Ständer geführten, den Spindelkasten waagerecht ver­ schiebbar aufnehmenden Kreuzschlitten gelagert. Der Greifer, dessen Lagerung gleichachsig zur Arbeitsspindel und den Werk­ zeugaufnahmen des Werkzeugspeichers erfolgt, führt Schwenk- und radiale Zugriffsbewegungen in bezug auf die Arbeitsspindel und den Werkzeugspeicher aus. Für Bearbeitungszentren, bei denen die Achsen der Werkzeugaufnahmen im Werkzeugmagazin rechtwink­ lig zur Arbeitsspindel verlaufen und die Werkzeugwechselein­ richtung abwechselnd in eine dementsprechende Übergabeposition zur Arbeitsspindel sowie zum Werkzeugmagazin gebracht werden muß, ist diese Einrichtung nicht geeignet, da sich vor allem der antriebs- und steuerungstechnische Aufwand beträchtlich erhöhen würde.

Die beiden mit der Magazinstellung und der Spindelstellung der Werkzeugwechseleinrichtung identischen Übergabepositionen wer­ den bei der Werkzeugmaschine nach DE-OS 22 64 080 durch einen aus kettenartig miteinander verbundenen Gliedern bestehenden Schlitten verwirklicht, der an seinem vorderen Glied zwei Werkzeuggreifer trägt und auf einer zwischen dem Werkzeugmagazin und der Arbeits­ spindel verlaufenden Führungsschiene, die einen bogenförmigen Mittelabschnitt aufweist, geführt ist. Der Antrieb des Glieder­ schlittens erfolgt durch einen rückseitig angreifenden Zylinder­ kolbenantrieb. Durch mechanische Kopplung der Antriebsspindeln für den Spindelstock und den die Führungsschiene aufnehmenden Schienenschlitten wird eine Überlagerung der Bewegungen der Arbeitsspindel und der Werkzeugwechseleinrichtung in senkrechter Richtung erreicht. Diese Lösung ist für Bearbeitungszentren, wo zur Vorbereitung eines Werkzeugwechsels der Ständer mit der Arbeitsspindel längs der Werkzeugachse in eine Wechselposition zu verfahren ist und die Werkzeugwechseleinrichtung aus der Magazinstellung in eine Übergabeposition zur Arbeitsspindel ge­ bracht werden muß, ungeeignet, da für eine zeitsparende Über­ lagerung dieser beiden Bewegungsabläufe keine technischen Mittel vorgesehen sind. Eine Anpassung an derartige Einsatzfälle wäre mit einem erhöhten Aufwand verbunden. Nachteilig ist weiterhin, daß insbesondere die Bewegung des Gliederschlittens in die Übergabeposition in ihrem Endpunkt abgebremst werden muß, da der Gliederschlitten mit relativ hoher Geschwindigkeit zu be­ wegen ist, soll sich die ohnehin schon beträchtliche Werkzeug­ wechselzeit nicht weiter erhöhen, was jedoch wiederum aufwands­ erhöhend wirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung für den automatischen Werkzeugwechsel an Werkzeugmaschinen, insbe­ sondere Bearbeitungszentren, zu schaffen bei der die Bewegungen der Arbeitsspindel längs der Werkzeugachse in eine Wechsel­ stellung und der Werkzeugwechseleinrichtung in die Übergabe­ position zur Arbeitsspindel so überlagert sind, daß der Werk­ zeugwechsel in verhältnismäßig kurzer Zeit durchführbar ist und eine Endlagenbremsung für diese Bewegung der Werkzeug­ wechseleinrichtung entfällt.

Dies wird nach der Erfindung bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß am Ständer ein Kurvenstück mit einer Abstützkurve befestigt ist, die aus einem parallel zur Werkzeugachse verlaufenden Bereich sowie einer der Bewegung der Werkzeugwechseleinrichtung in die Über­ gabeposition zur Arbeitsspindel dienenden Kurvenbahn besteht und eine mit der Werkzeugwechseleinrichtung fest verbundene Stützrolle mit der Abstützkurve in Wirkverbindung steht.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Stützrolle am schwenkbeweglichen Tragarm der Werkzeugwechseleinrichtung befestigt.

Die Erfindung wird nachstehend an einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt in schematischer Dar­ stellung

Fig. 1 die Draufsicht eines teilweise gezeigten Bearbeitungszentrums,

Fig. 2 die wesentlichen Merkmale der Erfindung, bei ausgeschwenkter Stellung der Werkzeugwechsel­ einrichtung,

Fig. 3 die Einrichtung nach Fig. 2, bei Übergabeposition der Werkzeugwechseleinrichtung zur Arbeitsspindel.

Auf dem Ständerbett 1 ist ein in der x-Achse verschiebbarer Kreuzschlitten 2 angeordnet, der seinerseits den in der z-Achse beweglichen Ständer 3 aufnimmt. Angedeutet sind ein am Ständer 3 senkrecht verschiebbarer Werkzeugschlitten 4 mit Spindelkopf 5 und Arbeitsspindel 6. Ein Werkzeugmagazin 7 und eine um eine Achse 8 schwenkbewegliche Werkzeugwechsel­ einrichtung 9 sind an einem seitlich vom Ständer 3 angeord­ neten Traggestell 10 befestigt. Das Traggestell 10 ist mit dem Kreuzschlitten 2 fest verbunden und wird zusätzlich am Ständer 3 gehalten. Die Werkzeugwechseleinrichtung 9 besteht im wesentlichen aus einem um die Achse 8 schwenkbaren Trag­ arm 11, auf dessen Führung 12 (Fig. 2 und 3) ein Schlitten 13 verschiebbar angeordnet ist. Der Schlitten 13 nimmt einen eine 180° Drehbewegung ausführenden und axial verschiebbaren Doppelarmgreifer 14 auf.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist am Tragarm 11 eine Stützrolle 15 befestigt, die an der Abstützkurve 16 eines mit dem Ständer 3 fest verbundenen Kurvenstückes anliegt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung soll nach­ folgend im Zusammenhang mit dem Werkzeugwechselvorgang näher beschrieben werden, wobei die Erläuterung des diesbezüglichen Funktionsablaufes unter der Voraussetzung erfolgt, daß das Folgewerkzeug im Doppelarmgreifer 14 bereitgehalten wird.

Zur Vorbereitung des Werkzeugwechsels fährt der Ständer 3 zurück, wodurch die Arbeitsspindel 6 in der Werkzeugachse aus ihrer Arbeitsstellung in Richtung des Werkzeugmagazins 7 be­ wegt wird. Zu Beginn dieser Verschiebebewegung des Ständers 3 befindet sich die Werkzeugwechseleinrichtung 9 in einer Warte­ position. In dieser Warteposition nimmt der Tragarm 11 die in Fig. 2 angedeutete Stellung ein, womit der Doppelarmgreifer 14 um 90° von der Arbeitsspindel 6 weggeschwenkt ist.

Im Verlauf seiner Zurückbewegung betätigt der Ständer 3 einen nicht gezeigten Endtaster, wodurch eine ebenfalls nicht dargestellte hydraulische Einrichtung, im wesentlichen aus Wegeventil und Arbeitszylinder bestehend, eine dem Uhrzeiger­ sinn entgegengesetzte Bewegung des Tragarmes 11 einleitet. Durch diese Bewegung legt sich die Stützrolle 15 in dem paral­ lel zur z-Achse verlaufenden Bereich der Abstützkurve 16 an das Kurvenstück 17 an, was die Herstellung einer Wirkverbin­ dung zwischen dem Ständer 3 und der Werkzeugwechseleinrich­ tung 9 zur Folge hat. Diese nunmehr zwischen dem Ständer 3 und der Werkzeugwechseleinrichtung 9 bestehende zwangsläufige Ver­ bindung bewirkt, daß beim weiteren Zurückfahren des Ständers 3 der Tragarm 11 und damit der Doppelarmgreifer 14 in die Über­ gabeposition zur Arbeitsspindel 6 einzuschwenken beginnen, sobald die Stützrolle 15 den parallel zur z-Achse verlaufenden Bereich der Abstützkurve 16 verlassen hat. Mit Erreichung der in der Fig. 3 dargestellten Stellung beendet der Ständer 3 seine Zurückbewegung, womit gleichzeitig die Arbeitsspindel 6 aus der Arbeitsstellung in die Werkzeugwechselposition und die Werkzeugwechseleinrichtung 9 in die Übergabeposition zur Ar­ beitsspindel 6 gebracht worden sind (Fig. 1).

Die Geschwindigkeitsverminderung der beschriebenen Ständerbewe­ gung erfolgt in bekannter Weise über einen Lageregelkreis kon­ tinuierlich bis zum Erreichen der Werkzeugwechselposition.

Bedingt durch die zwangsläufige Verbindung, die in dieser Phase zwischen dem Ständer 3 und der Werkzeugwechseleinrichtung 9 besteht, wird die Schwenkbewegung des Tragarmes 11 gleichzeitig analog abgebremst, so daß eine spezielle Endlagenbremsung für diese Bewegung der Werkzeugwechseleinrichtung 9 entfallen kann. Da der weitere Verlauf des Werkzeugwechsels an der Arbeits­ spindel 6 durch bekannte Funktionsprinzipien realisiert wird, brauchen die dem oben geschilderten Funktionsablauf nachfolgen­ den Arbeitsschritte nicht näher beschrieben werden.

Nach erfolgtem Werkzeugwechsel und radialer Verschiebung des Doppelarmgreifers 14 weg von der Arbeitsspindel 6, wird diese aus der Werkzeugwechselstellung wieder in die erforderliche Arbeitsstellung bewegt. Zu diesem Zweck schwenkt die erwähnte hydraulische Einrichtung den Tragarm 11 wieder von der Ar­ beitsspindel 6 weg.

Diese Schwenkbewegung ist beendet, wenn die Stützrolle 15 den Bereich der Abstützkurve 16 verlassen hat. Damit hat der Tragarm 11 seine in Fig. 2 gezeigte Stellung erreicht, und der eigentliche Werkzeugwechselvorgang ist, nachdem die Arbeitsspindel 6 die vorgegebene Arbeitsstellung erreicht hat, beendet. Während der Bearbeitung erfolgt durch die Werkzeug­ wechseleinrichtung 9 am Werkzeugmagazin 7 ein hier nicht näher zu beschreibender Austausch des gebrauchten Werkzeuges gegen ein neues Werkzeug. Danach fährt die Werkzeugwechsel­ einrichtung 9 wieder in die eingangs erwähnte Warteposition.

Claims (2)

1. Einrichtung für den automatischen Werkzeugwechsel an Werk­ zeugmaschinen, insbesondere Bearbeitungszentren, bei der die Bewegungen der Arbeitsspindel und der Werkzeugwechsel­ einrichtung in die Übergabeposition zwangsläufig überlagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Ständer (3) ein Kurvenstück (17) mit einer Abstützkurve (16) befestigt ist, die aus einem parallel zur Werkzeugachse verlaufenden Bereich sowie einer der Bewegung der Werkzeugwechselein­ richtung (9) in die Übergabeposition zur Arbeitsspindel (6) dienenden Kurvenbahn besteht und eine mit der Werkzeug­ wechseleinrichtung (9) fest verbundene Stützrolle (15) mit der Abstützkurve (16) in Wirkverbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrolle (15) am schwenkbeweglichen Tragarm (11) der Werkzeugwechseleinrichtung (9) befestigt ist.