DE3209999A1

DE3209999A1 - Werkzeugkopf und wechseleinrichtung an werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE3209999A1
Application number: DE19823209999
Authority: DE
Inventors: Donald W. 48837 Grand Ledge Mich. Garnett
Original assignee: Olofsson Corp Lansing Mich; Olofsson Corp
Current assignee: OLOFSSON CORP LANSING MICH US
Priority date: 1981-06-24
Filing date: 1982-03-19
Publication date: 1983-01-13
Also published as: GB8422266D0; JPS584332A; US4414724A; CA1177681A; GB2101028B; GB2144668B; GB2144668A; GB2101028A

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING - 7 - DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

THE OLOFSSON CORPORATION Lansing, Michigan, USA

"Werkzeugkopf und Wechseleinrichtung an Werkzeugmaschinen"

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf und eine Werkzeugwechsel-Einrichtung an Werkzeugmaschinen, wie Dreh- oder Bohrmaschinen, mit einem drehbaren Werkzeugkopf zur Aufnahme mehrerer - ggf. unterschiedlicher - Werkzeuge, der entsprechende Werkzeughalter aufweist.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen solchen Werkzeugkopf so weiterzubilden, daß die auswechselbaren Werkzeuge leicht und schnell, vorzugsweise automatisch in einer einstellbaren Stellung sicher und genau festgespannt werden können, wobei vorteilhafterweise unmittelbar und automatisch ein Werkzeugaustausch zwischen dem Werkzeugkopf und einem zusätzlich vorgesehenen Werkzeugmagazin vorgenommen werden kann.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Werkzeugkopf für jeden Werkzeughalter ein zwischen einer Freigabestellung und einer Spannstellung bewegbares Spreizelement vorgesehen ist, welches in der Spannstellung an dem geschlitzten Fußende eines Werkzeuges in dem Werkzeughalter spreizend angreift. Diese Anordnung ermöglicht einen raschen Wechsel oder Austausch des Werkzeuges, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, daß das eingesetzte Werkzeug in seiner Stellung im Werkzeughalter zuverlässig und sicher und ohne großen Aufwand festgelegt werden kann. Diese Vorrichtung läßt sich vorteilhafterweise zu einer Werkzeugwechsel-Einrichtung ergänzen, indem dem Werkzeugkopf geschlitzte Werkzeuge und Werkzeughalter mit Spannelementen zugeordnet sind, sowie ein Magazin, das relativ zu dem Werkzeugkopf in eine Stellung bewegbar ist, in der jeweils eine Halterung im Magazin in Fluchtung und in unmittelbarer Nähe eines Werkzeughalters am Werkzeugkopf zu liegen kommt, wobei eine das Werkzeug zwischen beiden überführende Einrichtung ihrerseits unmittelbar dieser Fluchtungsstellung zugeordnet ist.

Die neue Wechseleinrichtung eignet sich ganz besonders zum Wechseln von Werkzeugen, die eine relativ große Länge aufweisen, so daß sie in tiefe Bohrungen oder in tief eingeschnittene Drehbereiche des Werkstückes eingreifen können. Die Wechseleinrichtung ermöglicht ein automatisches Wechseln von abgenutzten oder gebrochenen Werkstücken. Sie gestattet ferner eine genaue Lagejustierung des Werkzeuges in bezug auf die Achsen eines rechtwinkeligen räumlichen Koordinatensystems

und in bezug auf die Drehachse des Werkzeugkopfes. Die Anordnung kann leicht so getroffen werden, daß das Werkzeug starr in seiner Stellung gehalten und gegen äußere Wirkungen insb. gegen die Einwirkungen tiefgreifender Schneid- oder Bearbeitungsvorgänge gehalten ist. Die neue Wechseleinrichtung ermöglicht ein außerordentlich rasches Auswechseln von Werkzeugen, so daß die Totzeit, die durch den Wechsel bedingt ist, stark herabgesetzt werden kann, wobei der Werkzeugwechsel auch vorprogrammiert und damit gespeichert sein kann. Ein Handwerker oder Fachmann mit entsprechenden Werkzeugen wird zum Auswechseln des Werkzeuges nicht mehr benötigt. Auch ist es nicht mehr notwendig die Werkzeugmaschine an äußere Wechseleinrichtungen anzupassen, da die Maschine selbst den Werkzeugwechsel vornehmen kann. Dabei kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Maschine nach Ablauf einer vorbestimmten Anzahl von Bearbeitungsvorgängen einen Werkzeugwechsel einleitet. Dabei kann die Maschine auch darauf ansprechen, daß das Werkzeug oder die Arbeitsspitze um ein vorbestimmtes Ausmaß abgenutzt worden ist, um automatisch einen Werkzeugwechsel einzuleiten. Auch kann eine Überprüfung des Werkzeuges vorgesehen sein, die bei Feststellung nicht ordnungsgemäßer Bearbeitung durch das Werkzeug automatisch einen Werkzeugwechsel auslösen. Eine Auslösung eines solchen Vorganges kann automatisch auch erfolgen, wenn eine anderweitige Abnutzung oder ein Werkzeugbruch festgestellt wird.

Die neue Einrichtung ermöglicht den Betrieb von Werkzeugmaschinen ohne ständige überwachung mit der Gewähr, daß

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dennoch präzise und zuverlässig gearbeitet wird und bei Störungen automatisch das Werkzeug gewechselt wird. Die neue Anordnung ermöglicht auch eine solche Lage des Magazins, daß dieses leicht zugänglich und leicht überschaubar ist, so daß der Arbeiter mit einem Blick den Zustand des Magazins und der darin enthaltenen Werkzeuge erkennen kann. Dadurch wird auch das Beladen und Entladen des Magazins wesentlich erleichtert.

Die neue Anordnung ist außerordentlich robust und arbeitet auch zuverlässig in ungünstiger Umgebung wie Gußeisenstaub, Stahlspänen oder Kühlmittel. Der Werkzeugwechsel kann manuell vorgenommen werden, bevorzugt aber automatisch aus dem Magazin. Dabei ist die Anordnung außerordentlich einfach und daher auch preiswert und robust, so daß Beschädigungen oder Abnutzung auch bei dauerndem Betrieb kaum zu befürchten sind. Auch ermöglicht die Anordnung den Werkzeugwechsel bei sehr unterschiedlich gestalteten Werkzeugen auch unterschiedlicher Gröiie.

Vorteilhafterweise besitzen Werkzeughalter und Halterung von Werkzeugkopf und Magazin in der Fluchtungsstellung in Fluchtung Stehende Gleitführungen für die gleitende überführung der Vcerkzeuge. Dabei können jeweils zwei im gegenseitigen Abstand angeordnete Halteabschnitte vorgesehen sein, die jeweils durch ir; B^luchtung verbringbare Gleitflächen bestimmt sind, wobei /.weckmüßigurweise die Gleit flächen jedes llalt.eabaclmitt.es zueinander geneigte Flächen sind, denen komplimentäre Flächen am

Fuß des gegabelten Werkzeuges entsprechen, so daß zwischen diesen bei Verspannung mit Hilfe des Spannelementes ein keilförmiger Eingriff hoher Starrheit und Stabilität erhalten wird. Die Gabelung des Fußendes des Werkzeuges kann durch einen entsprechenden Schlitz gegeben sein, so daß die gegabelten Fußenden selbsttätig in eine entspannte Stellung zurückfedern, wenn die Wirkung des Spannelementes aufhört. Dadurch entsteht zwischen den Gleitflächen ein hinreichendes Gleitspiel für ein leichtes Überführen des Werkzeuges von der einen Halterung in die andere im Wege einer reinen Gleit- oder Schiebebewegung.

Der Werkzeugkopf ist um eine Achse und das Magazin um eine dazu parallele Achse schrittweise drehbar, wobei die beiden Achsen zweckmäßigerweise so gegeneinander versetzt sind, daß der Werkzeugkopf und das Magazin sich nur im Bereich der achsparallelen Fluchtungsstellung von Werkzeughalter und Halterung überlappen. Das vorzugsweise scheibenförmig ausgebildete Magazin liegt unmittelbar vor der freien Stirnebene des an seinem Umfang die Werkzeughalter aufweisenden Werkzeugkopfes.

Die Merkmale des Werkzeuges und des Werkzeughalters am Werkzeugkopf mit dem zugehörigen Spannelement und den Detailmerkmalen dieser Teile bilden für sich eine sehr einfache zuverlässige robuste Spanneinrichtung und können daher auch selbstständig ohne Magazin und ohne Überführungseinrichtung eingesetzt werden. Bevorzugt ist jedoch eine Überführungseinrichtung mit Magazin vorgesehen, wobei die überführungseinrichtung an der Maschine selbst angeordnet ist und bevorzugt

einen einfachen in Richtung der gemeinsamen Achse hin und her bewegbaren Kolben umfaßt, der jedes Werkzeug zwischen Werkzeughalter und der damit in Fluchtung stehenden Halterung des Magazins hin und her verschieben kann, wobei der Kolben zweckmäßigerweise zwei definierte Endstellungen aufweist und in eine Zwischenstellung bewegbar ist, in der der Kolben mit einem Kupplungsende mit dem Werkzeug gekuppelt bzw. entkuppelt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht auf den Werkzeugkopf und ein zugehöriges Magazin der neuen Werkzeugwechsel-Einrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 einen Teilschnitt entlang der Schnittlinie II-II der Figur 1.

Fig. 3 eine Ansicht mit Blickrichtung der Linie III-III in Figur 2.

Fig. h einen vergrößerten Bereich aus der Figur 1.

Fig. 5 einen vergrößerten Bereich eines Abschnittes aus Figur 2.

Fig. 6 einen vergrößerten Bereich aus einer anderen Stelle der Figur 2.

Fig. 7 eine Seitenansicht des Werkzeuges, wobei Teile weggebrochen dargestellt sind und

Fig. 8 eine Draufsicht auf das Spannelement.

In der Zeichnung ist ein mehrseitiger schrittweise weiterschaltbarer Werkzeugturm oder Werkzeugkopf 10 gezeigt, zusammen mit einem schrittweise weiterbewegbaren Magazinrad 12, das vor dem Turm einen Vorrat an Werkzeugen bereithält.

Der Werkzeugturm 10 kann irgendeine geeignete Form aufweisen. Im Beispiel nach Fig. 1 hat er die Form eines gleichseitigen Sechseckes und kann somit sechs radial vorspringende Werkzeuge 14,16,18,20,22 und 24 tragen, und zwar jeweils ein Werkzeug auf jeder Sechseckseite. Jedes dieser Werkzeuge besteht im allgemeinen aus einem Werkzeugschaft 26, der eine Werkzeugspitze 28 an dem langgestreckten Stangenkörper 29 trägt und eine Basis 30 aufweist. Der Stangenkörper kann unterschiedlich ausgebildet sein. Die Basis 30 der Werkzeugträger ist jedoch bei allen Werkzeugen gleich.

Der Werkzeugturm 10 weist ein zentrales Lager 32 für Rotation um eine horizontale Welle 34 auf, die durch das Gehäuse 36 unterstützt ist. Das Turmgehäuse ist mit Leisten 38 und 40 ausgestattet, um eine vertikale Bewegung des Gehäuses auf vertikalen Führungen 42 und 44 eines Wagens 46 zu ermöglichen. Die vertikale Bewegung wird dem Gehäuse 36 durch eine kraftgetriebene Gewindespindel 48 auf dem Wagen erteilt, welche in einen Gewindeabschnitt 50 des Turmgehäuses eingreift. Der Wagen 46 ist mit Leisten 52 und 54 ausgerüstet, die eine horizontale Bewegung entlang horizontaler Führungen 56 und der Maschinenbasis 60 gestatten. Der Wagen 46 wird horizontal durch eine kraftangetriebene Gewindespindel 62 auf der Maschinen

basis bewegt, die in einen Gewindeabschnitt 64 des Wagens eingreift. Geeignete Antriebe können zum Antreiben der Gewindespindeln 48 und 62 vorgesehen sein.

Der Werkzeugturm 10 wird in eine vorbestimmte Position um die Achse der Welle 34 mit Hilfe einer Schnecke 66 gedreht, die in ein Schneckenrad 68 eingreift, das koaxial an dem Werkzeugturm 10 befestigt ist. Die Schnecke 66 ist auf einer Welle vorgesehen, die mittels Lager bei 72 und 74 am Turmgehäuse gelagert ist. Mit der Welle 70 ist ein Servo-Motor 76 gekuppelt, der zum Antrieb und Stellungssicherung des Werkzeugturmes 10 dient. Der Servomotor 76 ist an dem Gehäuse 36 montiert. Der Werkzeugturm ist geeignet schrittweise mit Hilfe des Servomotors bewegt zu werden, um jedes der Werkzeuge 14 bis 24 in eine vertikale oder 12 Uhr-Stellung an der Oberseite des Werkzeugturmes oder in jede andere gewünschte Stellung zu bringen. Figur 1 zeigt das Werkzeug 14 in der vertikalen 12 Uhr-Stellung.

Der Rumpf 29 der Werkzeugstange 26 des Werkzeuges 20 ist zylindrisch, um das Eintreten und Bohren von Löchern von großem Durchmesser zu ermöglichen. Das äußere Ende des Rumpfes der Werkzeugstange ist in Form eines Sitzes 80 ausgearbeitet, um einen handelsüblichen Werkzeugträger 32 aufnehmen zu können, der eine austauschbare Werkzeugspitze 28 enthält. Mit Hilfe der Einstellschrauben 84 und 86 kann die Schneidspitze des Werkzeuges genau in Bezug auf die Montagebasis 30 des Werkzeuges eingestellt werden. Die Schneidspitze kann an einer von der eigentlichen Arbeitsstelle oder Arbeitsmaschine des Werkzeugturmes 10 abliegenden Stelle voreingestellt werden. Alle Werk-

zeuge 14 bis 24 sind in Bezug auf die einstellbare Montage des Werkzeuges ähnlich ausgebildet. Eine Anzahl dieser Werkzeuge kann in einem Magazin des Rades 12 für bedarfsweise raschen Austausch in Vorrat gehalten werden in einer Weise, wie sie weiter unten näher beschrieben wird.

Die Basis 30 jedes Werkzeugteils ist in Draufsicht im wesentlichen quadratisch. Ein zentraler und sich in Längsrichtung erstreckender Schlitz 88 teilt die Basis und den unteren Bereich des Körpers in zwei Beine 90 und 92. Das untere Ende des Schlitzes 88 ist so ausgearbeitet, daß zwei sich gegenüberliegende Abschnitte 94 und 96 unter dem gleichen Winkel in bezug auf die Längsmittellinie des Werkzeuges geneigt verlaufen. Diese Abschnitte sind abgeschrägt, um den Kopf 100 eines zum Spreizen dienenden Keilblockes 98 am Werkzeugturm 10 aufzunehmen. Es ist ersichtlich, daß jeweils ein solcher Keilblock an jedem der sechs Flächen des Werkzeugtunmes vorgesehen ist, um ein Werkzeug an dem Turm in der jeweiligen Stellung festzuhalten. Der Kopf 100 ist ein langgestreckter Teil des Keilblockes, der sich parallel zu der Welle 34 erstreckt, um die der Drehturm rotiert. Der Kopf weist zwei Seitenflächen 102 und 104 auf, die unter dem gleichen Winkel wie die Abschnitte und 96 geneigt verlaufen, so daß sich ein voller Flächenkontakt und ein entsprechender Eingriff zwischen diesen Teilen ergibt.

Die seitlich äußeren Bereiche der Beine 90 und 92 der Werkzeugstange sind an der Basis so bearbeitet, daß zwei abgestumpfte Keile 106 und 108 entstehen, die nach außen geneigte Flächen

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und 112 aufweisen. Jeder Keil kann in sich gegenüberliegenden Ausnehmungen 117 eines Halte- oder Sitzblockes 114,116 am Turm aufgenommen werden. Diese Halteblöcke weisen einen gegenseitigen Abstand in Umfangsrichtung des Turmes auf und besitzen Innenflächen 118 und 120, die in gleicher Weise geneigt sind wie die Flächen 110 und 112 der Keilabschnitte 106 und 108, so daß sich zwischen diesen Flächen ein Vollflächenkontakt ergibt.

Die Ausnehmungen sind in ihrer Form komplementär zu den Keilen 106 und 108 und erstrecken sich parallel zu der Welle 34, um die der Drehturm rotiert. Sie sind an beiden Enden offen. An jeder der sechs Flächen des Drehturmes sind zwei Halteblöcke 114 und 116 vorgesehen.

Der zum Spreizen dienende Keilblock 98 weist koaxial zylindrische Abschnitte 122 und 124 auf, die sich vom Kopf 100 aus erstrecken und in radial verlaufenden zylindrischen Ausnehmungen 126 und 128 des Drehturmes aufgenommen sind. Eine Schraube 130 erstreckt sich radial vom Drehturm und geht durch die Mitte des Keilblockes. Der Keilblock kann auf dem Bolzen Gleitbewegungen ausführen. Die nach außen gerichtete Bewegung wird jedoch durch den Kopf des Bolzens begrenzt. Der Keilblock 98 wird durch eine Schraubenfeder 131 nach außen gedrängt, die gegen die Fläche der Ausnehmung 128 und gegen den zylindrischen Abschnitt 122 anliegt. Eine Schraube 132 parallel zum Bolzen 130 ist im Drehturm 10 verankert und ist verschiebbar im Kopf 100 des Keilbockes nahe dessen vorderen Endes aufgenommen, um eine Drehung des Keilblockes zu verhindern. Die Schraube 132 dient

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außerdem als Mittel, um den Keilblock manuell niederzudrücken. Hierzu wird die Schraube gedreht, um den Kopf gegen den Keilblock niederzubringen.

Die abgeschrägten Flächen 102 und 104 des Keilblockes und die Schrägflächeri 118 und 120 der Halteblocke 114 und 116 sind von vorne nach hinten bezogen auf den Drehturm langgestreckt und im wesentlichen flach und liegen in Ebenen, welche sich parallel zur Achse der Welle 34 erstrecken, um welche der Drehturm rotiert. Die Schrägflächen an jedem Werkzeug, insb. die Abschnitte 94 und 96, sowie die Flächen 110 und 112 der Keile 106 und 108 sind ebenfalls langgestreckt und parallel zu der Welle 34, wenn das Werkzeug entsprechend rotiert wird, um ein Einsetzen in den Drehturm zu ermöglichen. Wenn das Werkzeug montiert und auf dem Drehturm in der Stellung nach Fig. 4 und 5 festgeklemmt ist, drängt der Keilblock 98 unter der Wirkung der Feder 131 radial nach außen, mit der Folge, daß die Flächen 102 und 104 am Kopf des Keilblockes einen vollen Flächenkontakt mit den Abschnitten 94 und 96 am Werkzeug erreichen, um die Beine 90 und 92 des Werkzeuges zu spreizen und die Schrägflächen 110 und 112 der Werkzeugkeile 106 und 108 in vollen Flächenkontakt mit den Schrägflächen der Halteblöcke 118 und 120 zu bringen. Das Werkzeug wird somit fest in seiner Stellung eingeklemmt. Um das Werkzeug entfernen zu können, wird der Keilblock 98 radial nach innen gegen die Wirkung der Feder 131 niedergedrückt, um das Werkzeug vom Einfluß des Keilblockes freizumachen. Da das Werkzeug aus nachgiebigem Material besteht, nehmen die Beine 90 und 92 ihre von Spannungen freie Stellungen ein, so daß die Keilflächen 106

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und 108 aus den Halteblockflächen ausreichend weit herausgezogen werden, um ein Gleitspiel zu schaffen und so das axiale Entfernen des Werkzeuges zu ermöglichen. Ein Werkzeug kann augenscheinlich axial in der gleichen Weise eingesetzt werden. Da die Flächen 94 und 96 des Werkzeuges und die Flächen 102 und 104 des Keilblockes während des Einsetzens und Herausnehmens des Werkzeuges aufeinander gleiten werden diese Flächen auch manchmal als Gleitflächen nachfolgend bezeichnet.

Es wird nun bezug genommen auf Fig. 6, Daraus ist ersichtlich, daß die abgeschrägten Halteblöcke 114 und 116 jeweils einen Schlitz 134 im zentralen Bereich aufweisen, der sich durch den Halteblock erstreckt und dessen Ausnehmung 117 schneidet. Ausnehmungen 136 und 138 an den radial inneren und äußeren Flächen des Halteblockes an gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes 134 bilden zusammen mit dem Schlitz zwei elastisch ausbiegbare Stegelemente 140,142. Der Zweck dieser Stegeleraente wird weiter unten näher erläutert.

Da ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung darin besteht, eine sichere Befestigung der Werkzeuge 14 bis 24 am Drehturm 10 zu ermöglichen und sie genau anzuordnen, ist es notwendig, daß ein-fester Druck erzeugt wird, um die vier Ecken an den Enden der Schrägflächen 110 und 112 der abgestumpften Keile 106 und 108 festzulegen. Während der Herstellung der abgeschrägten Flächen 110 und 112, die an sich perfekt eben sein sollen, kann eine leichte Wölbung oder dergleichen auftreten. Auch während langer Benutzung können die Enden der

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abgestumpften Keile durch Abtragung verändert werden, so daß der mittlere Bereich stärker erhaben erscheint. Wenn die Werkzeuge 14 bis 24 an Ort und Stelle unter der Wirkung dieser erhabenen Flächen 110 und 112 festgelegt werden sollen ergibt sich ein fester Anpreßdruck nur an den hochliegenden Punkten der Wölbungen. Die Enden der abgeschrägten Flächen 110 und 112 an den vier Ecken der Keile 106 und 108 würden in diesem Falle nicht sicher festgeklemmt. Dies führt zu einer Kippmöglichkeit der Werkzeugstangen und damit zu einer ungenauen Festlegung. Man könnte Ausnehmungen in die geneigten Flächen 118 und 120 der Halteblöcke 114 und 116 oder in den Schrägflächen 110 und 112 der Keile 106 und 108 einarbeiten. Die Unterbrechung der Gleitflächen würde jedoch dazu führen, daß beim Einsetzen oder Herausziehen der Werkzeugstangen in oder aus dem Turm die Flächen sich festfressen.

Die Stegglieder 140 und 142 gestatten es, daß die Gleitflächen 118 und 120 der Halteblöcke 114 und 116 und der Gleitflächen 110 und 112 der Werkzeugträger glatt und durchgängig über ihre ganze Länge in Kontakt sind, ohne daß beim gleitenden Einsetzen oder Herausziehen ein Festfressen stattfinden kann, wobei gleichzeitig eine Nachgiebigkeit im zentralen Bereich erreicht wird, welcher ausbiegen kann, wenn gewölbte Gleitflächen 110 und 112 der Werkzeugstangen damit in Kontakt geraten. Die Stegelemente können relativ leicht ausbiegen, so daß ein fester Andruck auf die Enden der schrägen Flächen 110 und 112 an den vier Ecken der Werkzeugkeile 106 und 108 ausgeübt werden kann. Zum Zwecke der Gewährleistung einer

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sicheren Befestigung der Werkzeugstangen am Werkzeugturm ist zu beachten, daß die zylindrischen Bereiche 122,124 des Keilblockes 98 einen losen Sitz in den Ausnehmungen 126 und 128 besitzen, so daß der Keilblock sich seitlich verschieben und geringfügig kippen kann, um sicherzustellen, daß die Schrägflächen 102 und 104 in festen Kontakt mit den Abschnitten 94 und 96 der Werkzeugstange gelangen.

Der Keilblock 98 kann gegen die Wirkung der Feder 131 mittels Hand über Bolzen 132 oder mit Hilfe eines Ambosses 150 zurückgezogen werden, der an der stationären Maschinenbasis 60 oberhalb des Werkzeugturmes angeordnet ist. Das untere Ende des Amboß 150 liegt oberhalb des rückwärtigen Endes des Kopfes 100 eines Keilblockes, wenn der Drehturm so rotiert ist, daß der Keilblock sich in der vertikalen oder 12 Uhr-Stellung befindet. Durch eine entsprechende Bewegung der Schraubenspindeln 48 und 62, die programmiert sein kann, kann der Wagen 46 horizontal eingestellt und das Drehturmgehäuse 36 vertikal verstellt werden, so daß das untere Ende des Ambosses 150 mit dem Kopf 100 des Keilblockes in Eingriff gelangt. Dadurch kann der Keilblock maschinell niedergedrückt werden, wodurch die Feder 131 zusammengepreßt und das Werkzeug vom Einfluß des Keilblockes befreit wird. Wie zuvor festgestellt, federn dann, wenn die die Keilwirkung hervorrufende Federkraft nicht auf die Abschnitte 94 und 96 der Werkzeugstange einwirkt, die Beine 90 und 92 der Werkzeugstange zurück und stellen ein Gleitspiel zwischen den Keilflächen 110 und 112 sowie 118 und her. so daß das Werkzeug in axialer Richtung bewegt

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werden kann.

Das Magazinrad 12 ist vor dem Werkzeugturin 10 montiert und kann um eine Achse 156 gedreht werden, die parallel zur Achse der Welle 34 verläuft, auf der der Drehturm rotiert. Das Magazinrad ist kreisförmig und enthält mehrere radial verlaufende Werkzeugschlitze oder Taschen 158, die über den Umfang verteilt sind. Solche Werkzeugtaschen sind so geformt und ausgebildet, daß sie die Werkzeugstangen der bei 14 bis 24 gezeigten Art mit unterschiedlichen Arbeitsspitzen aber identischen Montagegrundabschnitten 30 aufnehmen können. Die Werkzeugtaschen sind nahe ihren äußeren Enden mit langen sich gegenüberliegenden Querausnehmungen 160 versehen.

Die Ausnehmungen 160 sind in ihrer Form komplementär zu den Werkzeugkeilen 106 und 108 und so ausgebildet, daß sie diese Keile gleitend aufnehmen können. Die Ausnehmungen 160 weisen Flächen 162 und 164 auf, die unter dem gleichen Winkel geneigt sind, wie die Keilflächen 110 und 112, so daß ein vollflächiger Gleitkontakt zwischen diesen entsteht, wenn das Werkzeug eingesetzt oder aus der Tasche in dem Magazinrad herausgezogen wird. In der Praxis wird wenigstens eine Tasche im Magazinrad freigelassen.

Es ist ersichtlich, daß zwischen dem Magazinrad und der Vorderseite des Werkzeugturmes 10 ein schmaler Spalt vorhanden ist. Die Nähe des Magazinrades gegenüber dem Turm ist so gewählt, daß ein direkter Übergang eines Werkzeuges von

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dem einen zum anderen in der nachfolgend zu beschreibenden Weise durchgeführt werden kann.

Das Magazinrad wird schrittweise um seine Achse mit Hilfe eines handelsüblichen programmierbaren und kraftangetriebenen Indexantriebes 166 fortbewegt, der geeignet ist, jede Magazintasche unabhängig davon ob sie ein Werkzeug aufweist oder nicht in eine senkrechte oder 6 Uhr-Stellung am Boden des Rades zu bringen. Das Magazinrad wird in eine Stellung gebracht, der Art, daß eine Magazintasche dann, wenn sie sich in der vertikalen 6 Uhr-Stellung am Boden des Rades befindet, ihre Ausnehmungen 160 vor und in direkter Fluchtung mit den Ausnehmungen 117 der Halteblöcke 114 und 116 des Werkzeugturmes darbietet, wobei seine schrägen Flächen 162 und 164 sich in Fluchtung mit den Schrägflächen 118 und 120 der Halteblöcke befinden. Damit ist die Situation so, daß das Werkzeug direkt von dem Rad zum Drehturm und umgekehrt bewegt werden kann.

Das rückwärtige Ende der Basis 30 jeder Werkzeugstange weist eine Quernut in der Oberseite auf, die mit 170 bezeichnet ist, um den Kopf 174 einer Kolbenstange 176 aufnehmen zu können. Zwischen dem Kopf 174 und dem Hauptteil der Kolbenstange 176 befindet sich ein eingschnürter Halsabschnitt 178. In diesen kann sich die obere rückwärtige Kante oder Lippe 180 der Basis 30 der Werkzeugstange hinein erstrecken. Die Kolbenstange erstreckt sich vom Kolben 182 nach vorne, der im Zylinder in dem Turmgehäuse 36 hin und her bewegbar ist. Der Kolben bewegt sich in Richtung von vorne nach hinten parallel zur

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Drehachse des Drehturmes und ist vorgesehen, um eine Gleitverschiebung der Werkzeuge 14 bis 24 vom Turm in eine in Fluchtung stehende Tasche im Magazin 12 oder umgekehrt zu bewirken.

Im vorliegenden Fall wird die Hin- und Herbewegung des Kolbens 182 durch ein Druckfluid, z.B. Druckluft von einer entsprechenden Quelle über Leitungen 186 und 188 ausgeführt, die zu den entsprechenden Enden des Kolbens führen. Ein übliches Dreistellungsventil V lenkt in der "a"-Stellung das Druckfluid zu dem Kopfende des Kolbens, um diesen vorzuschieben. Hierbei greift der Kopf 174 an dem Werkzeug in der 12 Uhr-Stellung des Drehturmes an und schiebt dieses in eine in Fluchtung liegende Tasche im Magazin 12 bis in die Stellung, die in Fig. 5 gestrichelt dargestellt ist. In der "b"-Stellung des Ventils wird Luft unter hohem Druck dem Stangenende des Kolbens zugeführt, um den Kolben zurückzuführen. Der Kopf 174 des Kolbens greift an der Lippe 180 am Basisabschnitt des Werkzeuges in der 6 Uhr-Position im Magazin an, um das Werkzeug zum Drehturm zu überführen.

Am Ende des Rückzugshubes legt sich das Werkzeug gegen das rückwärtige Endes des Anschlages 191. Der Kolben 182 erreicht nicht die Endstellung in seinem Zylinder und übt deshalb einen konstanten Druck auf das Werkzeug aus. Ein Kolben 190 ist in einer zentralen Bohrung 192 des Kolbens hin und her verschiebbar montiert. In der zurückgezogenen Stellung des Kolbens 182 steht das im Durchmesser verminderte Ende 194 des kleinen Kolbens in Kontakt mit dem rückwärtigen Ende des

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Zylinders 184. Dadurch bewegt sich der kleine Kolben nach vorne aus der Stellung nach Fig. 2 und weg von dem Anschlag 196 und gegen die Wirkung der Feder 197. Diese wird in dem Kanal zwischen dem kleinen Kolben und der Stirnwand des Durchganges zusammengepreßt. In dieser Stellung des Kolbens bleibt der Kopf 174 in Druckkontakt mit der Lippe 180 am Werkzeug. Um den Kopf 174 von der Lippe 180 zu lösen und eine ungestörte schrittweise Weiterbewegung des Drehturmes zu ermöglichen, , wird Luft bei niedrigerem Druck zum Stangenende des Zylinders 184 geleitet und zwar durch Umschaltung des Ventils V in die Stellung "c". Der Kolben bewegt sich dann von der zurückgezogenen Stellung unter dem Druck der Feder 197» welche den niedrigen Druck der Luft überwindet, bis der kleine Kolben an dem Anschlag 186 anstößt. Der Kolben nimmt nun die Stellung nach Fig. 2 an, in der die Lippe 180 des Werkzeuges außer Kontakt mit dem Kopf 174 des Kolbens ist. Nun kann der Drehturm ohne Störung durch den Kopf 174 weitergeschaltet werden. Es wird bemerkt, daß in Fig. 3 die oberen Oberflächen der Halteblöcke 114 und 116 bei 199 Ausnehmungen aufweisen, so daß Freiheit für den Kolbenkopf 174 besteht, wenn der Drehturm weitergeschaltet wird.

Die Werkzeugwechseleinrichtung arbeitet wie folgt:

1. Die erforderlichen Werkzeugstangen 14 bis 24 mit neuen Werkzeugschneiden und in genauer Einstellung der Position werden zunächst manuell in die Haltetaschen 158 des Magazinrades 12 eingeführt, wobei eine Tasche leer bleibt. Gemäß

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Fig. 1 sind die Taschen von vorne zugänglich und für die Bedienungsperson voll überschaubar.

2. Wenn ein stumpfes oder gebrochenes Werkzeug einen Ersatz erfordert wird die zugehörige Werkzeugstange in die 12 Uhr-Stellung des Drehturmes 10 gebracht. Der Werkzeugturm ist außerdem so programmiert, daß er sich selbsttätig in horizontaler und vertikaler Richtung in Fluchtung mit dem Magazinrad 12 bewegt, und anschließend eine Bewegung nach oben ausführt, so daß der Amboß 150 an dem Keilblock 98 angreift. Hierdurch wird der Keilblock zur Freigabe der Abschnitte 94 und 96 niedergedrückt. Nachdem die Keilwirkung von den Abschnitten 94 und 96 weggenommen ist, können die Beine 90 und 92 zurückfedern, so daß an den Keilflächen 106 und 108 unter der Federwirkung der Beine ein Freiraum entsteht.

3. Das Magazinrad 12 ist so programmiert, daß es mit der leeren Tasche in die 6 Uhr-Position fährt. Die 12 Uhr-Position im Werkzeugturm steht nun in direkter Fluchtung mit der Tasche in der 6 Uhr-Position. Das Werkzeug in der 12 Uhr-Position steht außerdem in Einriff mit dem Kopf der Kolbenstange, und zwar über die Nut 170.

4. Die Umschaltung oder Steuerung der Druckluft wird so programmiert, daß die Kolbenstange 176 ausgefahren wird und die Werkzeugstange 14 aus der 12 Uhr-Position in die leere Tasche im Magazin ausgestoßen wird. Der Vorschub mit

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dem stumpfen Werkzeug in die Magazintasche wird beendet, wenn der Kolben 182 am Ende seines Hubes gegen das Ende des Zylinders 184 zur Anlage kommt.

5. Das Magazinrad 12 wird nun weitergestaltet, um ein neues Werkzeug in die 6 Uhr-Position zu bringen, wobei dieses dann am Kopf 174 der Kolbenstange angreift, die sich in der ausgefahrenen oder vorderen Stellung befindet.

6. Die unter hohem Druck stehende Luft wird ventilmäßig nun

so gesteuert, daß die Kolbenstange 176 zurückfährt. Dadurch wird das neue Werkzeug aus dem Rad 12 gezogen und in die 12 Uhr-Stellung des Werkzeugturmes gefahren. Die Rückzugsbewegung wird durch die rückwärtige Fläche der Basis 30 in Verbindung mit dem Anschlag 191 am Drehturm 10 beendet um so die Stellung des Werkzeuges der Tiefe nach genau zu bestimmen. Der Kolben 182 gelangt dabei nicht bis zum Ende seines Zylinders, sondern übt einen ständigen Druck auf das Werkstück aus, um dieses in Anlage an dem Anschlag zu halten.

7. Die nach unten gerichtete Bewegung des Werkzeugturmes ist so programmiert, daß das rückwärtige Ende des Keiles 98 von dem Amboß 150 freikommt. Unter der Wirkung der schweren Feder 131 greift der Keilblock 98 an den Abschnitten 94 und 96 an, wobei die Beine 90 und 92 der Werkzeugstange gespreizt werden. Die Keile 106 und 108 greifen zuerst an der oberen geschrägten Fläche 120 der Halteblöcke 114 und 116 an und werden dann nach unten gedrückt, bis ein fester

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Kontakt auch mit den unteren schrägen Flächen 118 der Halteblöcke erfolgt. Eine weitere Expansion der Beine und 92 durch die Keilwirkung des Keilblockes 98 und dem Einfluß der schweren Feder 131 wird verhindert. Die Basis 30 der Werkzeugstange 14 ist nun starr in der doppelten V-Blockkonstruktion verriegelt, und zwar in Anlage an der Fläche 191 des Werkzeugturmes 10. Jede Bewegung einschließlich einer Drehbewegung ist so zuverlässig verhindert

Die Arbeitsspalte für die Gleitbewegung und die Expansionsbewegung sind auch bei schwierigen Umweltverhältnissen unkritisch und sorgen für einen sicheren Halt des Werkzeuges trotz wenig wünschenswerter Bedingungen.

8. Der Druck der Luft, mit der die Kolbenstange 176 zurückgeführt worden ist, wird über das Ventil nun auf den niedrigen Druck umgeschaltet. Der Federkolben 190 überwindet den niedrigeren Druck und fährt den Kolben 174 geringfügig aus, um so einen Freispalt nach Fig. 5 zu schaffen, so daß der Werkzeugturm nachfolgend ungestört schrittweise weitergedreht werden kann.

9. Das stumpfe oder gebrochene Werkzeug kann in dem Magazinrad gehalten werden, bevor mehrere Werkzeuge manuell ausgetauscht wjrden müssen. Der Werkzeugturm kann jedes Werkzeug in jeder gewünschten Stellung aufnehmen und kann in jede gewünschte vertikale und horizontale Bahn verschoben werden.

Claims

PATENTANWÄLTE 3200 DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN Ansprüche

1.jWerkzeugkopf an Werkzeugmaschinen mit mehreren im Abstand angeordneten Werkzeughaltern, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Werkzeugkopf (10) für jeden Werkzeughalter (114,116) ein zwischen einer Freigabestellung und einer Spannstellung bewegbares Spreizelement (98) vorgesehen ist, welches in der Spannstellung an dem geschlitzten Fußende eines Werkzeuges (14,29) in dem Werkzeughalter spreizend angreift.

2. Werkzeugwechseleinrichtung an Werkzeugmaschinen wie Drehoder Bohrmaschinen, mit einem drehbaren Werkzeugkopf zur Aufnahme mehrerer - ggf. unterschiedlicher - Werkzeuge, der entsprechende Werkzeughalter aufweist, mit einem Werkzeugmagazin, das ebenfalls Halterungen für Werkzeuge aufweist, und mit einer_ Überführungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Werkzeugkopf gegabelte Werkzeuge und Spreizelemente nach Anspruch 1 vorgesehen sind.

λ. V.'":.':.'"'-'.:-- 3203999 — 2. —

3. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkopf (10) und das Magazin(12) relativ zueinander in Stellungen bewegbar sind, in denen jeweils eine Halterung (158) des Magazins (12) in Fluchtung und in unmittelbarer Nähe eines Werkzeughalters (114,116) am Werkzeugkopf (10) angeordnet ist, und daß die Überführungseinrichtung (176) ihrerseits unmittelbar dieser Fluchtungsstellung zugeordnet ist.

4. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalter (114) und (116) und die Halterungen (158) in der Fluchtungsstellung in Fluchtung stehende Gleitführungen (117 bzw.160) für die gleitende überführung der Werkzeuge (14,29) aufweisen .

5. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalter und Halterungen an Werkzeugkopf und Magazin jeweils zwei im gegenseitigen Abstand angeordnete Halteabschnitte aufweisen, die jeweils durch in Fluchtung verbringbare Gleitflächen bestimmt sind.

6. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Werkzeug (26) ein durch Schlitz (88) gegabeltes Fußendes (90,92) aufweist, das in dem Werkzeughalter am Werkzeugkopf (10) aufnehmbar ist, und daß das Spreizelement (98)

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in dem Werkzeugkopf (10) beweglich angeordnet ist und in einer Stellung das gegabelte Fußende in dem Werkzeughalter durch Spreizen festklemmt.

7. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (106,108) des gegabelten Fußabschnittes (9O,92)mit den Gleitflächen (118,120) der Gleitführungen (117) der Werkzeughalter in keilförmigen Reibungseingriff verbringbar sind, und in entspanntem Zustand des Fußabschnittes mit diesen Gleitflächen ein Gleitspiel begrenzen.

8. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkopf (10) um eine Achse (3A) und das Magazin (12) um eine dazu parallele Achse (156) jeweils schrittweise drehbar sind, wobei diese Achsen so gegeneinander versetzt sind, daß Werkzeugkopf und Magazin sich nur im Bereich der achsparallelen Fluchtungsstellung von Werkzeughalter und Halterung überlappen.

9. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Magazin (12) unmittelbar vor der freien Stirnebene des am Umfang die Werkzeughalter aufnehmenden Werkzeugkopfes (10) angeordnet ist.

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10. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spreizelement (98) in einer radialen Ausnehmung des Werkzeugkopfes (10) zwischen einer weiter innen liegenden Freigabestellung und einer weiter außen liegenden Spannstellung radial beweglich angeordnet ist.

11. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitflächen (118,120) jeder Gleitführung (117) zueinander keilförmig geneigt sind und die Enden der gegabelten Fußabschnitte Eingriffsbereiche (106,108) aufweisen, die von komplimentären Flächen (110,112) begrenzt sind.

12. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander schrägen Gleitflächen (118,120) an elastisch ausbiegbaren Führungsabschnitten (1AO,142) vorgesehen sind.

13. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausnehmung eine Federeinrichtung (131) vorgesehen ist, welche das Spreizelement (98) in die äußere Spannstellung vorspannt, und daß eine Vorrichtung (150) zum Bewegen des Spreizelementes (98) gegen die Wirkung der Federeinrichtung (131) in die Freigabestellung vorgesehen ist.

14. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Zurückdrängen des Spannelementes (98) ein Amboß (150) ist, der in Abhängigkeit von einer Relativbewegung zwischen diesem und dem Werkzeugkopf (10) auf das Spannelement einwirkt.

15. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Zurückdrängen des Spreizelementes (98) ein manuell betätigbares Schraubelement ist.

16. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spreizelement (98) Keilflächen (102,1OA) aufweist, die mit komplimentären Schrägflächen (94,96) an den einander zugewandten Bereichen der gegabelten Fußenden des Werkzeuges (14,29) spreizend zusammenwirken.

17. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungseinrichtung einen parallel zu den Gleitführungsflächen hin und her bewegbaren Kolben (176) mit einem mit dem Werkzeug (14,29) kuppelbaren Kopfende(174 aufweist.

18. Werkzeugwechsel-Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (176) zwischen

definierten Endstellungen hin und her bewegbar sowie in eine Zwischenstellung zum Kuppeln und Entkuppeln bewegbar ist.