DE3346467A1

DE3346467A1 - Werkzeugmaschine mit werkzeugwechselvorrichtung

Info

Publication number: DE3346467A1
Application number: DE19833346467
Authority: DE
Inventors: Wilfried 6951 Obrigheim Horsch
Original assignee: GTE Valeron Corp
Current assignee: Valenite LLC
Priority date: 1983-12-22
Filing date: 1983-12-22
Publication date: 1985-07-04
Also published as: US4698898A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung, die eine Arbeitsspindel mit
einem Spindelkopf zur Aufnahme eines umlaufenden Werkzeuges in Form eines auswechselbaren Werkzeugblocks
und eine lösbare Spannvorrichtung zum Festspannen des Werkzeugblockes am Spindelkopf aufweist, wobei die
Werkzeugwechselvorrichtung mit einem doppelseitigen
Wechselarm versehen ist, der zur Werkzeugübergabe

zwischen dem Spindelkopf und einem Werkzeugmagazin um eine zur Spindelachse parallele Schwenkachse schwenkbar und an seinen beiden Enden mit je einem Werkzeuggreifer versehen ist.

Werkzeugmaschinen mit Werkzeugwechselvorrichtungen dieser Gattung sind z.B. aus der DE-PS 14 77 501 und den DE-OSen 26 16 459, 28 08 796, 28 18 092 und 31 16 023 bekannt. Diese Werkzeugmaschinen können z.B. zum Bohren, Fräsen, Gewindeschneiden oder dergleichen eingesetzt werden. Üblicherweise sind die Werkzeuge an
Konusschaft-Werkzeughaltern angebracht, die in einem
entsprechend ausgebildeten Spannfutter am Spindelkopf eingespannt werden. Ein Anordnen der Werkzeuge in zur Spindelachse radial unterschiedlichen Lagen ist hierbei nicht möglich. Da das Spannen und Lösen des Werkzeuges einerseits und die Betätigung der Werkzeugwechselvorrichtung andererseits getrennt voneinander
erfolgen, erfordert der Werkzeugwechsel vergleichsweise viel Zeit.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine numerisch
gesteuerte Werkzeugmaschine mit einem umlaufenden Werkzeug sowie eine Werkzeugwechselvorrichtung geschaffen werden, bei denen das Werkzeug in radial unterschiedlichen Lagen am Spindelkopf festgespannt werden kann, wobei die Werkzeugwechselvorrichtung in der Lage sein

soll, das Werkzeug in einfacher Weise in entsprechende radial unterschiedliche Lagen zu bewegen. Dennoch soll der Werkzeugwechsel möglichst wenig Zeit in Anspruch nehmen. Der steuerungstechnische und konstruktive Aufwand soll nicht zu groß werden, und dennoch soll eine hohe Einstellgenauigkeit gewährleistet sein. Darüber hinaus soll die Werkzeugmaschine möglichst vielseitig verwendbar und für mannigfaltige Werkzeuge einsetzbar sein.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Werkzeugblock durch die Spannvorrichtung in radial unterschiedlichen Lagen am Spindelkopf festspannbar und der Wechselarm zum radialen Einstellen des Werkzeugblockes in einer zur Spindelachse senkrecht verlaufenden Verstellrichtung längsverschiebbar. Vorzugsweise sind der Werkzeugblock und der Spindelkopf mit als Spannflächen dienenden Spitzverzahnungen versehen, die in Radialebenen liegen und deren Rillen senkrecht zur Verstell- richtung verlaufen. Zweckmäßigerweise ist ein verstellbarer Anschlag vorgesehen, der eine Längsverschiebung des Wechselarmes entsprechend einer gewünschten radialen Lage des Werkzeugblockes begrenzt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Spannvorrichtung, die eine am Spindelkopf abgestützte Federeinrichtung zum Aufbringen der Spannkraft und eine Betätigungsvorrichtung zum Aufbringen der Lösekraft aufweist,.so ausgebildet, daß sie beim Lösevorgang gleichzeitig den Werkzeugblock vom Spindelkopf abhebt. Vorzugsweise ist die Betätigungsvorrichtung der Spannvorrichtung mit dem Wechselarm so verbunden, daß sie den Wechselarm beim Abheben des Werkzeugblocks synchron zum Werkzeugblock bewegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Betätigungsvorrichtung an einem außerhalb der Arbeits-

spindel angeordneten Tragkörper vorgesehen und durch eine lösbare Kupplung mit dem im Spindelkopf angeordneten Teil der Spannvorrichtung verbindbar.

Die Werkzeugblöcke bilden Teil von Werkzeugwechselsätzen für unterschiedliche Bearbeitungsarten wie z.B. Vollbohren, Aufbohren, Feindrehen, Kopierdrehen, Plandrehen, Einstechen, Hinterstechen, Gewindeschneiden (mit Gewindebohrer oder mit Schneideisen) und Gewindestrehlen. Aufgrund der Möglichkeit, das Werkzeug in radial unterschiedlichen Lagen am Spindelkopf festzuspannen, läßt sich die Werkzeugmaschine beispielsweise zum Feinbohren für verschiedene Bohrungsdurchmesser einsetzen.

Vorzugsweise weist der Spindelkopf einen als Werkzeugträger dienenden, radial verstellbaren Planschieber

und auf, in dem die Spannvorrichtung die Federeinrichtung angeordnet und abgestützt sind. Dies eröffnet entsprechende Bearbeitungsmöglichkeiten. Hierbei ist die Betätigungsvorrichtung der Spannvorrichtung vorzugsweise an einem außerhalb der Arbeitsspindel ange- · ordneten Tragkörper vorgesehen und durch eine lösbare Kupplung mit dem im Planschieber angeordneten Teil der Spannvorrichtung verbindbar. Der zentrale Teil des Spindelkopfes außerhalb des Planschiebers ist daher frei für eine oder mehrere Zugstangen zum Verschieben des Planschiebers und beispielsweise zur Begrenzung der PlanSchieberbewegung durch verstellbare Endanschlage.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen hervor.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Gesamtdarstellung des Spindelkopfes einer numerisch gesteuerten

Werkzeugmaschine mit einer selbsttätig arbeitenden Werkzeugwechselvorrichtung;

Figuren 2A, eine der Figur 1 entsprechende, teilweise 2B aufgebrochene Teildarstellung in vergrößertem Maßstab;

Figuren 3A, eine teilweise aufgebrochene Draufsicht auf 3B den Wechselarm der Werkzeugwechselvorrieh-

tung; ■ .

Figur 4 eine teilweise aufgebrochene Stirnansicht ' des Spindelkopfes; ■

Figur .5 eine Detailansicht einer Kupplung in Blickfichtung der Pfeile V-V in Figur 2A.

In Figur 1 sind eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 2 mit einem umlaufenden Werkzeug 4,.';eine Werkzeugwechselvorrichtung 6 und ein Werkzeugmagazin 8 angedeutet. Die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 2 kann beispielsweise zum Bohren (Vollbohren, Aufbohren), Drehen (Feindrehen, Kopierdrehen, Plandrehen, Einstechen, Hinterstechen} , Gewindeschneiden (mit Gewindebohrer oder mit schneideisen), Gewindestrehlen und ähnliche Bearbeitungsarten verwendet werden.

Die auswechselbaren Werkzeuge haben die Form von Werkzeugblöcken 4 mit identischer Spanngeometrie. Hierdurch lassen sich Werkzeugwechselsätze zusammenstellen, die beispiels-

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ii

weise aus Schrupp-, Schlicht- und Feindrehdrehwerkzeugen bestehen. Wie angedeutet, sind die Werkzeugblöcke 4 beispielsweise mit einer Hartmetallplatte bestückt, die außerhalb der Werkzeugmaschine ausgetauscht werden kann.

Die Werkzeugmaschine 2 weist eine Arbeitsspindel 10 mit einem Spindelkopf 12 auf. Wie gestrichelt angedeutet, wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Spindelkopf 12 mittels eines Konus und einer am Konus an-

IQ greifenden Zugstange an der Arbeitsspindel 10 festgespannt. Der Spindelkopf 12 kann durch eine in der Werkzeugmaschine 2 integrierte (nicht gezeigt) Werkzeugwechselvorrichtung selbsttätig auswechselbar sein. Stattdessen kann er jedoch auch fest an der Arbeitsspindel 10 angebracht sein.

Der Spindelkopf 12 ist mit einem zur Spindelachse A radial verschiebbaren Planschieber 14 versehen, der als Werkzeugträger für den Werkzeugblock 4 dient und der z.B. über eine oder mehrere zentral angeordnete Zugstangen betätigt wird.

Der Werkzeugblock 4 ist mittels einer (in Figur 1 nicht näher dargestellten) Spannvorrichtung 15 am Planschieber 14 in radial unterschiedlichen Lagen festspannbar. Zu diesem Zweck sind der Planschieber 14 und der Werkzeugblock 4 mit einer Spitzverzahnung 16 versehen, die in einer zur Spindelachse A radialen Ebene liegt und deren Rillen senkrecht zu einer Verstellrichtung D verlaufen.

Das Werkzeugmagazin 8 weist einen Magazinturiri 18 auf, der um eine zur Spindelachse A parallele Achse C drehbar ist und ebenfalls mit Spitzverzahnungen 16 zur Werkzeugaufnahme versehen ist.

Die Werkzeugwechselvorrichtung 6 weist einen doppelseitigen Wechselarm 20 mit an seinen beiden Enden vorgesehenen Werkzeuggreifern auf. Der Wechselarm 20 kann drei verschiedene Bewegungsarten ausführen: 1. Der Wechselarm 20 ist um eine zur Spindelachse A parallele Schwenkachse B um 180° drehbar, um Werkzeugblöcke 4 zwischen dem Werkzeugmagazin 8 und der Werkzeugmaschine 2 zu übergeben. 2. Der Werkzeugarm 20 ist in Verstellrichtung D, d.h. in Richtung seiner Längsachse D verschiebbar, um den Werkzeugblock 4 in radial unterschiedliche Lagen bezüglich der Spindelachse A bewegen zu können. 3. Der Wechselarm 20 ist in Richtung seiner Schwenkachse B verschiebbar, um den Werkzeugblock 4 aus der Spitzverzahnung 16 zu heben, wie im folgenden noch genauer erläutert wird.

Wie in Figur 1 angedeutet, ist zum Drehen des Wechselarmes 20 ein Drehkolbenmotor 22 vorgesehen. Zum Längsverschieben des Wechselarmes 20 in Verstellrichtung D dient ein doppelt wirkender hydraulisch betätigter Stellmotor 24. Zum Verschieben des Wechselarmes 20 in Richtung der Schwenkachse B ist eine Betätigungsvorrichtung 26 vorgesehen, die gleichzeitig zum Lösen der ■'"· Spannvorrichtung 15 und Abheben des Werkzeugblockes 4 dient, wie im folgenden noch näher erläutert wird.

Der Wechselarm 20 mit den Vorrichtungen zum Herbeiführen der drei verschiedenen Bewegungsarten des Wechselarmes 20 ist auf einem Tragkörper 28 gelagert, der getrennt und außerhalb der Arbeitsspindel 10 und des Spindelkopfes 12 angeordnet und von Bewegungen der Arbeitsspindel 10 unabhängig ist. Der Tragkörper 28 ist als Schlitten ausgebildet, der auf einem Grundkörper 30 parallel zur Verstellrichtung D verschiebbar ist.

Am Schlitten 28 ist ferner ein verstellbarer Anschlag 32 angebracht. Der verstellbare Anschlag 3 2 ist als An-

! schlagkörper mit abgestuften Anschlagflächen 34 ausgebildet, der in einer Richtung senkrecht zur Verstellrichtung D verschiebbar ist, um eine Längsverschiebung des Wechselarmes 20 in Verstellrichtung D entsprechend

c einer gewünschten radialen Lage des Werkzeugblockes 4 zu begrenzen.

Anhand der Figuren 2A,2B und 4 wird nun die Spannvorrichtung 15 zum Spannen des Werkzeugblockes 4 näher beschrieben. Die Spannvorrichtung 15 weist ein Spannglied 38 auf, das im Planschieber 14 in einer Richtung parallel zur Spindelachse A verschiebbar gelagert ist. Das Spannglied 38 greift mit seinem einen Ende am Werkzeugblock 4 an und zieht ihn im gespannten Zustand

.p. in Eingriff mit der am Planschieber 14 vorgesehenen Spitzverzahnung 16.

Das Spannglied 38 ist über eine rechtwinkelig wirkende Kraftverbindung in Form eines Kniehebelgelenkes 40 mit einem Spannbolzen 42 verbunden. Der Spannbolzen 42 ist im Planschieber 14 senkrecht zur Spindelachse A, in Richtung einer zur Verstellrichtung D parallelen Achse E verschiebbar gelagert. Am einen Ende des Spannbolzens 42 greift eine Federeinrichtung 44 in Form eines Tellerfederpakets an, während das andere Ende des Spannbolzens 42 über eine Kupplung 46 mit einer im Schlitten 28 verschiebbar gelagerte Betätigungsstange 48 der Betätigungsvorrichtung 26 verbindbar ist.

Die Federeinrichtung 44 ist am Planschieber 14 abgestützt und drückt den Spannbolzen 42 im Sinne einer Streckung des Kniehebelgelenkes 40, derart, daß das Spannglied 38 den Werkzeugblock 4 in der Spitzverzahnung 16 des Planschiebers 14 festspannt. Die Federeinrichtung 44 bringt somit die Spannkraft zum Spannen des Werkzeugblockes 4 auf.

Zum Lösen der Spannung muß der Spannbolzen 42 von der Betätigungsstange 48 entgegen der Federkraft verschoben werden, wodurch nicht nur die Spannkraft gelöst, sondern auch der Werkzeugblock 4 über das Spannglied 38 aus der Spitzverzahnung 16 gehoben wird.

Wie in Fig. 4 dargestellt, stehen der Werkzeugblock 4 und das Spannglied 38 über eine T-förmige Nut-Leisten-Verbindung 50 miteinander in Eingriff. Zu diesem Zweck weist der Werkle 0 zeugblock 4 an einem an seiner Unterseite vorgesehenen Ansatz eine T-förmige Nut 52 auf, in die eine entsprechend geformte T-förmige Leiste 54 des Spannglieds 38 greift. Um 'die Nut-Leisten-Verbindung 54 ein- und auszurücken, muß der Werkzeugblock 4 relativ zum Spannglied 38 und somit zum Planschieber 14 in Richtung der Achse D verschoben werden.

Das Kniehebelgelenk 40 weist drei Lenker 56, 58, 60 auf, von denen der Lenker 56 am Spannglied 38, der Lenker 58 am Planschieber 14 und beide Lenker 56, 58 an dem dritten Lenker angelenkt sind, der wiederum mit dem Spannbolzen 42 gelenkig verbunden ist. Wie bereits erläutert, wird somit bei einer Streckung des Kniehebelgelenks 40 der Werkzeugblock 4 festgespannt, während bei einer Verkürzung des Kniehebelgelenks 36 die Spannkraft aufgehoben und der Werkzeugblock 4 aus der Spitzverzahnung 16 herausgehoben wird.

Die Kupplung 46 ist eine durch eine axiale Relativbewegung zwischen dem Spannbolzen 42 und der Betätigungsstange 48 ein- und ausrückbare und durch eine relative Drehbewegung zwischen diesen Bauteilen verriegelbare Drehkupplung. Sie weist eine Kupplungshülse 62 auf, die bezüglich der Betätigungsstange 48 drehbar, jedoch axial unverschieblich ist. Sie steht mit einer rechtwinklig zur Achse E verlaufenden Zahnstange 64 in Eingriff, durch die sie um 90° drehbar ist.

Die Kupplungshülse 46 wirkt mit einem Kupplungszapfen 66 zusammen, der am Spannbolzen 42 vorgesehen ist. Wie in Fig. 5 dargestellt, besitzt der Kupplungszapfen 66 einen unrun-

den Querschnitt, mit dem er im verriegelten Zustand in eine hinterschnittene Ausnehmung der Kupplungshülse 46 greift.

Anhand der Fign. 2B, 3A, 3B und 6 wird nun die Werkzeugwechselvorrichtung 6 genauer erläutert. Als Schwenkachse B für den Wechselarm 20 dient ein Führungszapfen 72, der mit dem Schlitten 28 fest verbunden ist (s. Fig. 6). Auf dem Führungszapfen 72 ist ein Drehkörper 74 drehbar gelagert. Der Drehkörper 74 enthält zwei den Stellmotor 24 bildende Kolben-Zylinder-Einheiten 24a, 24b (Fig. 3B), deren'Achsen beidseitig und parallel zur Achse D verlaufen. An den Kolben 76a, 76b der hydraulisch betätigten Kolben-Zylinder-Einheiten 24a, 24b erstrecken sich zu beiden Seiten Kolbenstangen 78a bzw. 78b, die an ihren Enden jeweils durch einen Werkzeuggreifer 80 miteinander verbunden sind und somit den Wechselarm 20 bilden.

Jeder Werkzeuggreifer 80 hat in seinem Greifbereich eine ungefähr ü-förmige Gestalt. In den beiden Schenkeln des U ist jeweils ein Betätigungsstift 82 verschiebbar gelagert, der über eine Nockenfläche je eine den Werkzeugblock erfassende Rastkugel 84 betätigt. Die Betätigungsstifte 82 werden von einem gemeinsamen Stellkolben 86 betätigt, der in Greifrichtung durch Federkraft und in Löserichtung durch Hydraulikdruck betätigt wird.

Der Drehkörper 74 ist auf dem Führungszapfen 72 nicht nur drehbar, sondern auch axial-in Richtung der Schwenkachse B verschieblich. Zum Verschieben des Drehkörpers 74 ist eine Betätigungshülse 90 vorgesehen, die auf dem Führungszapfen 72 axial verschieblich, jedoch drehfest angeordnet ist und die mit dem Drehkörper 74 über einen Zwischenring 88 axial unverschieblich, jedoch drehbar verbunden ist. Die Betätigungshülse 90 ist über eine rechtwinklig wirkende Kraftverbindung 92 in Form eines Kniehebelgelenks mit der Betätigungsstange 48 der Betätigungsvorrichtung 26 verbunden.

Die Betätigungsvorrichtung 26 besteht aus einer doppelt wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit, deren Kolben 94 eine sich in entgegengesetzte Richtungen erstreckende, die Betätigungsstange 48 bildende Kolbenstange besitzt.

Das Kniehebelgelenk 92 ist im Prinzip wie das Kniehebelgelenk 40 aufgebaut und besitzt das gleiche Übertragungsverhältnis. Es ist ebenfalls mit drei Lenkern 96, 98, 100 versehen, von denen der Lenker 96 an der Betätigungshülse 90, ,Q der Lenker 98 am Führungszapfen 72 und beide Lenker 96, 98 an dem dritten Lenker 100 angelenkt sind, der seinerseits mit der Betätigungsstange 48 gelenkig verbunden ist.

Die Betätigungsvorrichtung 26 ist somit sowohl mit dem IQ Spannglied 38 wie auch mit dem Wechselarm 20 verbunden, und zwar einerseits über die Kupplung 46 und das Kniehebelgelenk 40 (Fig. 2A) und andererseits über das Kniehebelgelenk 92, die Betätigungshülse 90 und den Drehkörper 74. Auf diese Weise sorgt die Betätigungsvorrichtung 26 für eine synchrone Bewegung des Werkzeugblocks 4 und des Wechselarmes 20 in Richtung der Spindelachse A bzw. der Schwenkachse B.

Der Drehkolbenmotor 22 ist am freien Ende des Führungszapfens 72 angeordnet und wird von einem Endabschnitt 102 des FührungsZapfens 72 und einem auf diesem Endabschnitt 102 drehbaren Kolbenteil 104 gebildet. Wie in Fig. 6 dargestellt, ist am freien Ende des Führungsabschnittes 72 ein Anschluß für eine Druckmittelzuführung 106 vorgesehen. Der drehbare Teil des Drehkolbenmotors 22 ist mit dem Drehkörper 74 durch eine Drehverbindung 108 (Fig. 2B) verbunden, die eine axiale Relativbewegung zwischen dem drehbaren Teil 104 und dem Drehkörper 74 zuläßt.

Wie aus Fig. 2B hervorgeht, ist der Anschlagkörper 32 auf der von der Betätigungsvorrichtung 26 abgewandten Seite des Drehkörpers 24 angeordnet. In seiner ausgefahrenen Stellung erstreckt sich der Anschlagkörper 32 durch eine'im Dreh-

körper 74 vorgesehene Nut 112, so daß sich der dem Werkzeugmagazin zugewandte Werkzeuggreifer 80 mit seiner Rückseite an eine der abgestuften Anschlagflächen 34 anlegen kann. Der Anschlagkörper 32 und seine (im einzelnen nicht dargestellte) Verstellvorrichtung werden von dem Schlitten 28 getragen, der, wie in Fig. 6 dargestellt, auf einer Rollenführung 110 yerschieblich ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Werkzeugwechselvorrichtung beschrieben:

Soll ein Werkzeugblock 4 ausgewechselt werden, so wird die Arbeitsspindel 10 in eine Werkzeugwechselposition angrenzend am Schlitten 28 gefahren. Die Arbeitsspindel 10 wird stillgesetzt, und der Planschieber 14 wird zur Werkzeugwechselvorrichtung 6 ausgerichtet. Der Planschieber 14, der durch eine (nicht dargestellte) zur Spindelachse A konzentrische Betätigungsstange radial verstellbar ist, wird durch eine Relativverschiebung zwischen dem Planschieber 14 und dem Schlitten .28 in Anlage mit dem Schlitten 28 gebracht, und zwar derart, daß der Schlitten 28 mit einem ringförmigen Absatz in eine entsprechende Bohrung des Planschiebers 14 einfährt und hierbei den Kupplungszapfen 66 mit der Kupplungshülse 62 in Eingriff bringt (Fig. 2A). Durch eine Drehung der Kupplungshülse 62 um 90° werden der Spannbolzen 42 und die Betätigungsstange 48 miteinander gekuppelt. Hierbei liegt der Schlitten 28 an einer Anlagefläche 112 des Planschiebers 14 an.

Der Wechselarm 20 wird von den Kolben'-Zylinder-Einheiten 24a, 24b in Verstellrichtung D in seine Greifposition gefahren, in der der betreffende Werkzeuggreifer 80 den Werkzeugblock 4 umfaßt und mittels der vom Stellkolben 86 be-.tätigten Rastkugeln 84 den Werkzeugblock 4 greift.

Durch eine Betätigung der Betätigungsvorrichtung 26 drückt der Spannbolzen 42 die Federeinrichtung44 zusammen, so daß

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die Spannkraft vom Spannglied 38 genommen wird. Gleichzeitig wird durch eine Verkürzung des Kniehebelgelenks 40 das Spannglied 38 so verschoben, daß es den Werkzeugblock 4 aus der Spitzverzahnung 16 hebt.

Zur gleichen Zeit verschiebt die Betätigungsstange 48 über _t..., das Kniehebelgelenk 92, die Betätigungshülse 90 und den Drehkörper 74 den Wechselarm 20 in Richtung der Schwenkachse B, so daß der Wechselarm 20 die gleiche .Bewegung wie der ig Werkzeugblock 4 ausführt. Da das Lösen der Spannkraft und die Verschiebung des Werkzeugblocks 4 und des Wechselarms 20 zur gleichen Zeit erfolgen, erfordert dieser Vorgang nur sehr wenig Zeit.

Der Wechselarm 20 wird nun in Verstellrichtung D zurückgefahren, um die Leiste 54 des Spanngliedes 38 aus der Nut des Werkzeugblocks 4 zu lösen, damit der Wechselarm 20 um seine Schwenkachse B gedreht werden kann.

°er Wechselarm 20, der sich vorher mit seinem anderen Greifer 80 einen neuen Werkzeugblock vom Werkzeugmagazin 8 geholt hat, wird nun um 180° gedreht, um den neuen Werkzeugblock 4 in- die Werkzeugwechselposition zu bringen. Allerdings muß bei dieser Schwenkbewegung, ehe er den in Fig. 3B angedeuteten Schwenkbereich von ca + 30° zur Achse D erreicht, in Längsrichtung, d.h. in Verstellrichtung D zurückgefahren werdei§|^v um ein Kollidieren mit dem Planschieber 14 zu vermeiden.

Der neue Werkzeugblock 4 wird nun durch eine Betätigung der Kolben-Zyijyider-Einheiten 24a,b in Richtung der Achse D so verfahren, daß die Leiste 54 des Spanngliedes 38 in die Nut 52 des Werkzeugblocks 4 eintritt. Diese Längsverschiebung des Werkzeugblocks 4 wird durch den verstellbaren Anschlag 32 begrenzt, der vorher entsprechend einer gewünschten · radialen Lage des Werkzeugblocks 4 am Planschieber 14 in eine entsprechende Anschlagstellung verfahren wurde.

Der verstellbare Anschlag 32 braucht keine sonderlich hohe Genauigkeit zu besitzen, da die Endlage des Werkzeugblocks 4 am Planschieber 14 durch die Spitzverzahnung 16 festgelegt wird. Die Zahnteilung der Spitzverzahnung 16 kann beispielsweise 1,5 mm betragen. Die durch die Verzahnung vorgegebenen Werkzeugversetzungsschritte werden beispielsweise benötigt bei Feinbohxstangen für verschiedene Bohrungsbereiche, deren Durchmesser letztlich durch eine radiale Verstellung des Planschiebers 14 gesteuert werden kann.

Durch eine Betätigung der Betätigungsvorrichtung 26 werden nun die Betätigungsstange 48 und über die Kupplung 46 der Spannbolzen 42 so verschoben, daß die Federeinrichtung 44 ihre Federkraft über das Kniehebelgelenk 36 und das Spannglied 38 auf den Werkzeugblock 16 überträgt und somit den Werkzeugblock 4 mit seinem Spitzzahnprofil gegen das Spitzzahnprofil des Planschiebers 14 zieht. Gleichzeitig überträgt die Betätigungsvorrichtung 26 über das Kniehebelgelenk 92 eine entsprechende Bewegung auf den Wechselarm 20.

Der Werkzeugblock 4 ist nun durch die Federeinrichtung 44 mit· dem Planschieber 14 kraftschlüssig verspannt.

Durch eine Betätigung des Stellkolbens 86 gibt der Werkzeuggreifer 80 den Werkzeugblock 4 frei, so daß der Wechselarm 20 in seinen Schwenkbereich zurückgefahren werden kann. Gleichzeitig wird die Kupplung 46 durch Drehen der Kupplungshülse 62 gelöst, so daß die Betätigungsvorrichtung 26 durch eine Relativverschiebung zwischen dem Schlitten 28 und dem Planschieber 14 von dem im Planschieber 14 angeordneten Teil der Spannvorrichtung 36 wieder getrennt Werden kann. Die Arbeitsspindel 10 mit dem neuen Werkzeug wird dann in den Bearbeitungsbereich zurückgefahren.

Der ausgewechselte Werkzeugblock 4 kann nun nach einem Anheben des Wechselarms 24 in Richtung der Schwenkachse B und einer anschließenden Verschiebung des Schlittens 28 auf sei-

1 ner Rollenführung 110 in den Spannbereich des Werkzeugmagazins 8 gebracht werden, wo der Werkzeugblock 4 auf einer Spitzverzahnung 16 abgesetzt und gegen einen neuen Werkzeugblock ausgetauscht wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

M. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung, die eine Arbeitsspindel mit einem Spindelkopf zur Aufnahme eines umlaufenden Werkzeuges in Form eines auswechselbaren Werkzeugblockes und eine lösbare Spannvorrichtung zum Festspannen des Werkzeugblockes am Spindelkopf aufweist, wobei die Werkzeugwechselvorrichtung mit einem doppelseitigen Wechselarm versehen ist, der zur Werkzeugübergabe zwischen dem Spindelkopf und einem Werkzeugmagazin um eine zur Spindelachse parallele Schwenkachse schwenkbar und an seinen beiden Enden mit je einem Werkzeuggreifer versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugblock (4)durch die Spannvorrichtung (15) in radial unterschiedlichen Lagen am Spindelkopf (12,14) festspannbar ist und daß der Wechselarm (20) zum radialen Einstellen des Werkzeugblockes (4) in einer zur Spindelachse (A) senkrecht verlaufenden Verstellrichtung

(D) längsverschiebbar ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugblock (4) und der Spindelkopf (12,14) mit als Spannflächen dienenden Spitzverzahnungen (16) versehen sind, die in·Radialebenen liegen und deren Rillen senkrecht zur Verstellrichtung (D) verlaufen.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugmagazin (8) Spannflächen mit entsprechend ausgebildeten Spitzverzahnungen (16) aufweist.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (15) mit dem Werkzeugblock (4) durch eine Nut-Leisten-Verbindung (50) verbindbar ist.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut-Leisten-Verbindung (50) in Verstellrichtung (D) verläuft und durch eine Längsverschiebung des Wechselarmes (20) ein- und ausrückbar ist.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwenkbewegung des Wechselarms (20) in einem Winkelbereich von ca. 30° beidseitig zur Verstellrichtung (D) nur bei in Richtung des Werkzeugmagazines zurückgefahrenem Wechselarm (20) möglich ist.

7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen verstellbaren Anschlag (32), der eine Längsverschiebung des Wechselarmes (20) entsprechend einer gewünschten radialen Lage des Werkzeugblockes (4) begrenzt.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Anschlag (3 2) aus einem mit abgestuften Anschlagflächen (34) versehenen Anschlagkörper besteht, der senkrecht zur Verstellrichtung (D) verschiebbar ist.

9. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Längsverschieben des Wechselarmes (20) ein hydraulisch betätigter Stellmotor (24) vorgesehen ist.

10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (24) aus zwei parallel mit Abstand zueinander angeordneten .Zylinder-Kolben-Einheiten (24a,24b) besteht, deren Kolbenstangenfan ihren Enden jeweils durch den ungefähr U-förmig ausgebildeten Werkzeuggreifer (80) miteinander verbunden sind und den Wechselarm (20) bilden.

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11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Werkzeuggreifer (80) mit einer durch Federkraft einrückbaren und durch Hydraulikkraft ausrückbaren Kugelrastverbindung (82,84) zum Erfassen des Werkzeugblockes (4) versehen ist.

12. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der· Stellmotor (24) an einem Drehkörper (74) vorgesehen ist, der zum Schwen-

^O ken des Wechselarmes (4) durch einen hydraulisch betätigten Drehkolbenmotor (22) drehbar ist.

13. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Arbeitsspindel mit einem Spindelkopf zur Aufnahme eines umlaufenden Werkzeuges in Form eines auswechselbaren Werkzeugblocks und eine lösbare Spannvorrichtung zum Festspannen des Werkzeugblockes am Spindelkopf aufweist, wobei die Werkzeugwechselvorrichtung mit einem doppelseitigen Wechselarm versehen ist, der zur Werkzeugübergabe zwischen dem Spindelkopf und einem Werkzeugmagazin um eine zur Spindelachse parallele Schwenkachse schwenkbar und an seinen beiden Enden mit je einem Werkzeuggreifer versehen ist, und die Spannvorrichtung eine am Spindelkopf abgestützte Federeinrichtung zum Aufbringen der Spannkraft und eine Betätigungsvorrichtung zum Aufbringen der Lösekraft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (15) so ausgebildet ist, daß sie beim Lösevorgang gleichzeitig den Werkzeugblock (4)vom Spindelkopf (12,14) abhebt.

14. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (26) der Spannvorrichtung (15) mit dem Wechselarm (20) so verbunden ist, daß sie den Wechselarm (20) beim Abheben des Werkzeugblocks (4) synchron zum Werkzeugblock (4) bewegt,

BAÖ.QRjGJNAL

T5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (26) an einem außerhalb der Arbeitsspindel (10) angeordneten Tragkörper (28) vorgesehen und durch eine lösbare Kupplung (46) mit dem im Spindelkopf (12,14) angeordneten Teil der Spannvorrichtung (15) verbindbar ist.

16. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15, !Q dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelkopf (12) einen als Werkzeugträger dienenden, radial verstellbaren Planschieber (14) aufweist, in dem der am Werkzeugblock (4) angreifende Teil der Spannvorrichtung (15) einschließlich der Federeinrichtung (44) angeordnet und abgestützt sind.

17. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (15) ein in Richtung der Spindelachse (A) verschiebbares Spannglied (38) aufweist, das über eine Kraftverbindung (40) mit einem senkrecht zur Spindelachse (A) verschiebbaren, im Spindelkopf (12,14) gelagerten Spannbolzen (42) verbunden ist.

18. Werkzeugmaschine nach den Ansprüchen 15 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (26) eine im Tragkörper (28) verschiebbar gelagerte Betätigungsstange (48) aufweist, die durch die Kupplung (46) mit dem Spannbolzen (42) kuppelbar ist.

19. Werkzeugmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (26) eine hydraulisch betätigte Zylinder-Kolben-Einheit ist, deren sich beidseitig zum Kolben (94) erstreckende Kolbenstange die Betätigungsstange (48) bildet.

20. Werkzeugmaschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (46) eine Drehkupplung ist, die durch eine axiale Relativbewegung zwischen dem Spannbolzen (42) und der Betätigungsstange (48) ein- und ausrückbar und durch eine Relativdrehung zwischen dem Spannbolzen (42) und der Betätigungsstange (48) verriegelbar ist.

21. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper ein Schlitten

(28) ist, der senkrecht zur Spindelachse (A) ver-

(112) schiebbar und an einer Anlagefläche des Spindelkopfs (12,14) festlegbar ist.

22. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselarm (20) an dem Tragkörper (28) abgestützt ist.

23. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit den Ansprüchen 14 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselarm (20) zur synchronen Bewegung mit dem Werkzeugblock (4) über eine zweite Kraftverbindung (92) mit der Betätigungsstange (48) verbunden ist.

24. Werkzeugmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß.die erste und/oder die zweite Kraft-Verbindung (40,92) ein Kniehebelgelenk ist.

25. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis in Verbindung mit Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (74) und damit der Wechselarm (20) auf seiner als Führungszapfen (72) ausgebildeten Schwenkachse (C) zum Abheben des Werkzeugblockes (4) längsverschiebbar gelagert ist.

26. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Führungszapfen (72) eine mit der Betätigungsvorrichtung (26) verbundene Betätigungshülse (90) längsverschiebbar und drehfest gelagert ist, die mit dem Drehkörper (74) in Längsrichtung verbunden, in Drehrichtung jedoch unverbunden ist.,

27. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Führungszapfen (72) der Drehkolbenmotor (22) gelagert ist, dessen drehbarer Teil (104) mit dem Drehkörper (74) durch eine eine Längsverschiebung zulassende Drehverbindung (108) gekuppelt ist.

28. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 25 bis in Verbindung mit Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszapfen (72) des Wechselarmes (20) am Tragkörper (28) befestigt ist.

29. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis in Verbindung mit Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Anschlag (32)

am Tragkörper (28) angeordnet ist. 25

30. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelkopf (12) an der Arbeitsspindel (10) durch eine in die Werkzeugmaschine integrierte zweite Werkzeugwechselvorrichtung auswechselbar angebracht ist.