DE3812026A1 - Tool-shank gripper for automatic tool change in machine tools - Google Patents

Abstract

Tool-shank gripper for automatic tool change in machine tools, which can be characterised in that the last linear movement phase required to hold the tool shank in place is carried out by the clamping jaws themselves. The clamping jaws also perform a pivoting movement in the clamping direction at the end of their forward movement by frictional sensing of constraining paths. The firm holding of the tool shank is guaranteed by the flux of the lines of force closed over the tool shank. The tool-shank gripper according to the invention can be used as part of a tool changer of any type of machine tool working with standardised tool shanks.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkzeugschaftgreifer einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen, der ein steifes Festhalten von Werkzeugschäften trotz der beim Werkzeugwechsel auftretenden Gewichts- und Beschleunigungskräften gewährleistet.The invention relates to an automatic tool shank gripper Tool changing device for machine tools that stiff hold of tool shanks despite the weight occurring when changing tools and acceleration forces guaranteed.

Der erfindungsgemäße Werkzeugschaftgreifer kann bei einer Vielzahl unterschied­ licher Ausführungformen von automatischen Werkzeugwechslern für Werkzeugma­ schinen vorteilhaft angewendet werden, deren Werkzeugbestückung aus einem Werkzeugmagazin heraus erfolgt, das mit Werkzeugen gefüllt ist, die mit norm­ gemäßen (z.B. ungarische Norm 22 10-83, DIN 69 871) Werkzeugschäften versehen sind.The tool shank gripper according to the invention can differ in a large number liche versions of automatic tool changers for tool ma machines are advantageously used, the tooling from one Tool magazine is done, which is filled with tools that comply with norm according to (e.g. Hungarian standard 22 10-83, DIN 69 871) tool shanks are provided.

Die einzelnen Werkzeugmaschinenhersteller lösen die oben erwähnte Aufgabe im allgemeinen auf unterschiedliche Weise. Nach den beim Ergreifen des Werkzeug­ schaftes ausgeführten Bewegungen können aber drei Grundverfahren, die bei Werkzeugwechseleinrichtungen angewendet werden, unterschieden werden. Man unterscheidet zwischen dem Aufschlag-Verfahren und dem Anlauf-Verfahren und Sonderverfahren, die jeweils nur auf einen speziellen Fall angewendet werden können.The individual machine tool manufacturers solve the above-mentioned task in general in different ways. According to when gripping the tool However, movements carried out can be carried out in three basic ways Tool changing devices are used, are differentiated. Man distinguishes between the surcharge procedure and the start-up procedure and Special procedures, which are only applied to a special case can.

Bei einer Werkzeugwechseleinrichtung, die nach dem sogenannten Aufschlag-Ver­ fahren arbeitet, ist die letzte Bewegungsphase des Werkzeugswechselarmes vor dem Festklemmen eine Schwenkbewegung des Greifers (im allgemeinen um 90°) um die eigene Achse. In Fig. 1 ist eine Werkzeugwechseleinrichtung darge­ stellt, die nach diesem bekannten Werkzeugschaftgreifverfahren arbeitet. Ein be­ sonderer Vorteil dieses Verfahrens ist die einfache Transportbewegung zwischen dem Magazin und der Antriebsspindel, die der geschwenkten, im allgemeinen vertikalen Lage des Werkzeugwechselarmes zu verdanken ist. Der große Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß der Wechselarm selbst verschiedene Lagen ein­ nehmen können muß, da der Greifer nur einseitig schwenken kann. Der Wechsel­ arm kann im allgemeinen eine horizontale Lage von 0° und 180° und eine verti­ kale Lage von 90° und 270° einnehmen. Die "Aufkipprichtung" besteht immer vom offenen Teil der Klemmbacken des Wechselarmes. Diese vier Winkellagen können nur mit Hilfe von zwei voneinander unabhängigen Elementen einge­ nommen werden, wodurch die Kompliziertheit des Drehmechanismus des Wech­ selarmes erhöht wird. Daraus folgen erhöhtes Gewicht, eine Verminderung der Zuverlässigkeit und eine Verlängerung der Wechselzeit. Werkzeugwechseleinrich­ tungen, die nach dem oben beschriebenen Verfahren arbeiten, werden in Ungarn von der Firma SZIM Maróg´pgyár und im Ausland z.B. von der Firma MAKINO (Modell: MC 50, MC 86, MC 1813), der Firma MITSUI SEIKI (Modell: HR 3B), der Firma OSAKA KIKO (Modell MCV 300, MCV 50 usw.), der Firma TOSHIBA (Modell BMC - 6B) und der Firma KTM (Modell FM 200/300 usw.) verwendet.In a tool changing device that operates according to the so-called impact Ver, the last phase of movement of the tool changing arm before clamping is a swiveling movement of the gripper (generally 90 °) about its own axis. In Fig. 1, a tool changing device is Darge, which works according to this known tool shank gripping method. A particular advantage of this method is the simple transport movement between the magazine and the drive spindle, which is due to the pivoted, generally vertical position of the tool changing arm. The big disadvantage of this solution is that the change arm itself must be able to take different positions, since the gripper can only pivot on one side. The changeable arm can generally assume a horizontal position of 0 ° and 180 ° and a vertical position of 90 ° and 270 °. The "tipping direction" always consists of the open part of the jaws of the change arm. These four angular positions can only be taken with the help of two mutually independent elements, which increases the complexity of the rotating mechanism of the changing arm. This results in increased weight, a decrease in reliability and an increase in the changeover time. Tool changing devices that work according to the method described above are used in Hungary by SZIM Maróg´pgyár and abroad, for example by MAKINO (model: MC 50, MC 86, MC 1813), MITSUI SEIKI (model: HR 3B), the company OSAKA KIKO (model MCV 300, MCV 50 etc.), the company TOSHIBA (model BMC - 6B) and the company KTM (model FM 200/300 etc.).

Die Herstellungserfahrungen der ungarischen Fabrik SZIM Maróg´pgyár bestäti­ gen die Nachteile des obigen Werkzeugwechselverfahrens.The manufacturing experience of the Hungarian factory SZIM Maróg´pgyár confirmi against the disadvantages of the above tool changing process.

Bei Werkzeugwechseleinrichtungen, die nach dem sogenannten Anlaufverfahren arbeiten, verläuft die letzte Bewegungsphase des Wechselarmes linear. Beim Er­ greifen des Werkzeugschaftes bewegt sich zum Festklemmen desselben im allge­ meinen nur eine der Greiferbacken. Eine solche Werkzeugwechseleinrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß der Werkzeugwechselarm lediglich zwei verschiedene Winkellagen einnehmen muß und dessen Drehmechanismus ein Antriebselement enthält, im allgemeinen einen Hydromotor oder einen Hydrauliktrieb, der eine als Zahnstange ausgebildete und in ein Zahnrad eingreifende Kolbenstange aufweist, was die Konstruktion verein­ facht und damit geringeres Gewicht, größere Zuverlässigkeit und höhere Schnelligkeit ergibt.In the case of tool changing devices that work according to the so-called start-up procedure, the last movement phase of the changing arm is linear. When gripping the tool shank, only one of the gripper jaws moves to clamp the same. Such a tool changing device is shown in FIG. 2. The advantage of this solution is that the tool changing arm only has to occupy two different angular positions and the rotating mechanism contains a drive element, generally a hydraulic motor or a hydraulic drive which has a piston rod designed as a rack and engaging in a gear wheel, which simplifies the construction and resulting in lower weight, greater reliability and higher speed.

Der Nachteil dieser bekannten Lösung besteht darin, daß zur Verwirklichung der oben erwähnten linearen Bewegung eine schwere und komplizierte Konstruktion mit großen Baumaßen erforderlich ist, weil der Wechselarm als Konstruktions­ einheit mit den Werkzeugen auch weiterhin eine Drehung von 0 - 180° ausführen können muß. Ein weiterer Nachteil ist der, daß die Energieleitungen zu den An­ triebselementen für das Schwenken des Werkzeugwechselarmes und die Klemm­ bewegung der Greiferbacke bzw. die Signalleitungen für die Lagemeldung dieser Elemente durch die sich relativ zueinander bewegenden Einheiten geführt wer­ den müssen, was in den meisten Fällen schwer zu lösen und kostspielig ist. The disadvantage of this known solution is that to achieve the linear motion mentioned above is a heavy and complicated construction with large dimensions is required because the removable arm as a construction continue to turn the unit with the tools from 0 - 180 ° must be able to. Another disadvantage is that the power lines to the An drive elements for swiveling the tool change arm and the clamp movement of the gripper jaw or the signal lines for the position report of this Elements guided by the units moving relative to each other must, which in most cases is difficult to solve and expensive.  

In Ungarn findet eine derartige Werkzeugwechseleinrichtung durch die Firma Csepeli Szerszámg´pgyár (Modell: YASDA Bearbeitungszentrum) und ferner durch die Firma SZIM Maróg´pgyár in einigen ihrer Bearbeitungszentren Anwendung. lm Ausland können als Beispiel die folgenden Hersteller benannt werden: Firma OERLIKON (Modell: SIEIUS 3), Firma GSP (Modell: CV. 800), Firma DIXI (Modell: DIXI 400), Firma OKUMA (Modell: MCM-16) usw.The company found such a tool changing device in Hungary Csepeli Szerszámg´pgyár (model: YASDA machining center) and further by SZIM Maróg´pgyár in some of their machining centers Application. The following manufacturers can be named abroad as examples are: OERLIKON (model: SIEIUS 3), GSP (model: CV. 800), DIXI (model: DIXI 400), OKUMA (model: MCM-16) etc.

Für die dritte Gruppe von Werkzeugwechseleinrichtungen sollen zusammen­ fassend die sogenannten Spezialhalterungen erwähnt werden, die die Aufgabe des Werkzeugwechselns auf von den ersten beiden Grundfällen verschiedenem Wege lösen.For the third group of tool changing devices are supposed to work together summarizing the so-called special brackets are mentioned that the task of changing tools on different from the first two basic cases Solve ways.

Je nach Werkzeugmaschinenhersteller sind hier viele unterschiedliche Lösungen möglich. Als Beispiel kann das Maschinenmodell "Progress 1" der Firma MCM erwähnt werden, bei dem die Werkzeugwechseleinrichtung beim Ergreifen des Werkzeugschaftes dessen Flansch festklemmt und der Greifer nicht auf die zylindrische oder doppelkegelförmige, z.B. nach der DIN 69 871 ausgebildete Werkzeugschaftoberfläche selbst einwirkt, wie dies z.B. bei den beiden erst­ genannten Lösungen der Fall ist.Depending on the machine tool manufacturer, there are many different solutions here possible. As an example, the machine model "Progress 1" from MCM be mentioned in which the tool changing device when gripping the Tool shaft whose flange is clamped and the gripper is not on the cylindrical or biconical, e.g. trained according to DIN 69 871 Tool shaft surface itself acts, such as this the first two mentioned solutions is the case.

Das Fazit über die Werkzeugwechseleinrichtungen, die nach dem oben be­ schriebenen Verfahren arbeiten, ist demnach, daß der wichtigste Vorteil des erstgenannten sogenannten Aufschlag-Verfahrens in der Einfachheit der letzten Bewegungsphase liegt, wobei dieses Verfahren aber den Nachteil hat, eine kom­ plizierte Drehung des Werkzeugwechselarmes zu erfordern. Der wichtigste Vor­ teil des zweitgenannten sogenannten Anlauf-Verfahrens besteht in der Einfach­ heit der Drehung des Werkzeugwechselarmes, wobei dieses Verfahren aber den großen Nachteil hat, daß die zur letzten Bewegungsphase erforderliche lineare Bewegbarkeit schwieriger zu verwirklichen ist.The conclusion about the tool changing devices, which after the above be The procedure described is that the main advantage of the first-mentioned so-called surcharge procedure in the simplicity of the last Movement phase is, but this method has the disadvantage of a com to require complicated rotation of the tool changing arm. The most important thing Part of the second so-called start-up procedure consists in the simple Unit of rotation of the tool change arm, but this method the major disadvantage is that the linear required for the last movement phase Mobility is more difficult to achieve.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein derartiges Klemmsystem zu schaffen, das die Vorteile der obigen beiden Systeme aufweist, aber von deren Nachteilen frei ist.The object of the invention is therefore to provide such a clamping system which has the advantages of the above two systems, but their disadvantages free is.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß beim Ergreifen des Werkzeugschaftes die zum Festhalten erforderliche letzte Bewegungsphase eine lineare Bewegung ist, die nur von den Klemmbacken selbst ausgeführt wird, wobei die zum Festhalten erforderliche Bewegung durch kraftschlüssiges Abtasten einer Zwangsbahn vor deren Ende und damit vor dem Ende der Vorwärtsbewegung der Klemmbacken eingeleitet wird und weiterhin beim Festhalten des Werkzeugschaf­ tes ein durch diesen Werkzeugschaft laufender geschlossener Kraftfluß vorliegt, durch den das steife und lückenlose Festhalten gewährleistet ist.This object is achieved according to the invention in that when the Tool shaft the last movement phase required to hold on  is linear movement, which is performed only by the jaws themselves, being the movement required to hold on by force-sensing a Forced path before its end and thus before the end of the forward movement of the Jaws are initiated and continue to hold the tool sheep there is a closed power flow running through this tool shank, through which the stiff and complete hold is guaranteed.

Beim Ergreifen des Werkzeugschaftes ist die zum Festhalten erforderliche letzte Bewegungsphase ähnlich wie beim oben beschriebenen Anlauf-Verfahren eine line­ are Bewegung. Diese Bewegung wird aber abweichend von den bisherigen Lösungen nicht von der das ganze Greifersystem tragenden Einheit (Werkzeugwechselarm), sondern nur von den Klemmbacken selbst ausgeführt. Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die Klemmbacken die zum Festhalten erforderli­ che Bewegung am Ende ihrer linearen Bewegung unter kraftschlüssigem Abtasten einer Zwangsbahn ausführen. Als drittes wesentliches Merkmal der Erfindung soll erwähnt werden, daß das lückenlos steife Festhalten des Werkzeugschaftes infolge des sich über den Werkzeugschaft schließenden Kraftflusses erzielt wird. Durch diesen geschlossenen Kraftfluß sind auch sämtliche zwischen den Gliedern der ki­ nematischen Kette bestehenden Lücken in eine Richtung geordnet.When gripping the tool shank, the last one required to hold it is the last Movement phase similar to the start-up procedure described above one line are movement. This movement will deviate from previous solutions not from the unit carrying the entire gripper system (tool change arm), but only carried out by the jaws themselves. Another essential A feature of the invention is that the clamping jaws are required for holding che movement at the end of its linear movement with frictional scanning execute a forced track. As a third essential feature of the invention be mentioned that the completely rigid holding of the tool shank as a result of the force flow closing via the tool shank is achieved. By this closed flow of power is also all between the limbs of the ki nematic chain existing gaps ordered in one direction.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert.The invention is described below with reference to the drawing management example explained in more detail.

In Fig. 3 sind die Elemente des erfindungsgemäßen Werkzeugschaftgreifers in ihrer Gesamtheit dargestellt. Die das Festhalten des Werkzeugschaftes ausführen­ den Klemmbacken 1 bewegen sich, die Zwangsbahnen 2 kraftschlüssig abtastend, beim Ergreifen des Werkzeugschaftes vorwärts, zuerst entlang der linearen Bahn­ strecke 3, dann entlang der nicht-linearen Bahnstrecke 4. Solange sich die scha­ lenförmigen Klemmbacken 1 entlang der nicht-linearen Bahnstrecke 4 bewegen, können sie um den Gelenkpunkt 5 frei schwenken und sich bei ihrer Bewegung aufeinander zu um den Werkzeugschaft 7 schließen, so daß sie diametral zum Werkzeugschaft 7 an diesem angreifen.In Fig. 3 the elements of the tool shank gripper according to the invention are shown in their entirety. The holding of the tool shank, the clamping jaws 1 move, the positive traces 2 positively scanning, when gripping the tool shank forward, first along the linear path 3 , then along the non-linear path 4 . As long as the scha leniform jaws 1 move along the non-linear path 4 , they can pivot freely about the hinge point 5 and close to each other in their movement around the tool shaft 7 , so that they attack diametrically to the tool shaft 7 on this.

Die Betätigung der Backen wird von dem Betätigungselement 6 ausgeführt, von dem auch die zum Festhalten des Werkzeugschaftes 7 erforderliche Kraft aufge­ bracht wird. Das Loslassen des Werkzeugschaftes ist durch die Betätigung des Be­ tätigungselementes 6 in entgegengesetzter Richtung möglich. The actuation of the jaws is carried out by the actuating element 6 , from which the force required to hold the tool shank 7 is also brought up. Letting go of the tool shank is possible by actuating the actuating element 6 in the opposite direction.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch einen Werkzeug­ wechselarm veranschaulicht, der für das Festhalten eines zweiseitigen Werk­ zeugschaftes (z.B. Form "A", DIN 69 871) geeignet ist. Bei diesem Ausführungs­ beispiel sind in dem Werkzeugwechselarm über zueinander kegelförmig angeord­ nete Flächen verfügende gebogene Einlagen angeordnet, die wärmebehandelt sind.A special embodiment of the invention is provided by a tool illustrated with a changeable arm, for holding a two-sided work shank (e.g. form "A", DIN 69 871) is suitable. In this execution For example, they are arranged in a conical shape in the tool changing arm Curved inserts, which are heat-treated are.

Die Klemmbacken sind unabhängig voneinander mit tiefnutigen Kugellagern aus­ gebildet. Diese Lagerung ermöglicht eine bestimmte Selbsteinstellung, durch die die Abmessungsstreuungen der einzelnen Werkzeugschäfte sowie die Überbe­ stimmtheit der Aufnahmeflächen ausgeglichen werden. In den Klemmbacken sind gehärtete Kugelbahnen angeordnet, die sich in der als V-Form ausgebildeten Zwangsbahn mit einem Scheitelwinkel von 120° bewegen. Die nicht-lineare Bahnstrecke der Zwangsbahnen ist eine Kreisbahn.The jaws are independent of each other with deep-groove ball bearings educated. This storage allows a certain self-adjustment through which the dimensional variations of the individual tool shanks and the oversize correctness of the receiving surfaces can be compensated. Are in the jaws Hardened ball tracks arranged in the V-shaped form Move the positive path with an apex angle of 120 °. The non-linear The railway line of the forced railways is a circular path.

Die Klemmbacken werden von einer Druckfeder zwischen den beiden Backen in der Bahn gehalten. Das Betätigen der Backen und das Aufbringen der zum Fest­ halten erforderlichen Kraft erfolgen durch hydraulische Zylinder. Die von dem Zylinder aufgebrachte Kraft beträgt 8000 N. Die Zwangsbahnen und die hydraulischen Zylinder sind auf eine Grundplatte montiert, die zugleich der Arm der Werkzeugwechseleinrichtung ist. Die hydraulischen Zylinder erhalten das Hydrauliköl durch eine geschlossene Bohrungsreihe.The jaws are held in by a compression spring between the two jaws kept the web. The actuation of the cheeks and the application of the to the feast keep required force done by hydraulic cylinders. The one from that Cylinder applied force is 8000 N. The positive orbits and the hydraulic cylinders are mounted on a base plate, which is also the arm the tool changing device. The hydraulic cylinders get that Hydraulic oil through a closed row of holes.

Der oben erwähnte Wechselarm verfügt mit Hilfe des darin verwendeten Werk­ zeugschaftgreifer-Verfahrens über die folgenden Vorteile: Wie jeder Wechselarm einer nach dem Anlauf-Verfahren arbeitenden Werkzeugwechseleinrichtung muß auch der erfindungsgemäße Wechselarm nur die beiden Winkellagen 0° und 180° einnehmen können, die durch eine zuverlässige und einfache Konstruktion mit geringem Gewicht und relativ kleinen Baumaßen zu verwirklichen ist. Das geringe Gewicht beeinflußt das dynamische Verhalten und damit die mögliche Geschwindigkeit der Bewegung vom Werkzeugmagazin bis zur Hauptspindel auf günstige Weise, das heißt die Wechselzeit wird verkürzt. Als weiterer Vorteil soll die Tatsache erwähnt werden, daß die Bewegung zwischen dem Werkzeug­ magazin und der Hauptspindel infolge der Einziehbarkeit der Backen entlang einer Kreisbahn erfolgen kann, was zu einer einfachen konstruktiven Lösung führt. The above-mentioned changeable arm has the help of the work used in it Tool shaft gripper method has the following advantages: Like any removable arm a tool changing device working according to the start-up procedure also the change arm according to the invention only the two angular positions 0 ° and 180 ° can take with a reliable and simple construction low weight and relatively small dimensions can be realized. The low weight influences the dynamic behavior and thus the possible Speed of movement from the tool magazine to the main spindle favorable way, that is, the changeover time is shortened. Another advantage the fact should be mentioned that the movement between the tool magazine and the main spindle due to the retractability of the jaws a circular path can take place, resulting in a simple constructive solution leads.  

Da die zum Anlaufen erforderliche lineare Bahnstrecke (vgl. Werkzeugwechsel­ einrichtung nach dem Anlauf-Verfahren) nur durch die Backen ausgeführt wird und nicht von dem ganzen Arm einschließlich dessen Drehmechanismus, ist das Ausführen der Bewegung einfach und die Maschinenelemente haben kleine Abmessungen. Durch diese Umstände werden die bereits erwähnten Nachteile der nach dem Anlauf-Verfahren arbeitenden Werkzeugwechseleinrichtungen beseitigt.Since the linear path required for starting (see tool change device after the start-up procedure) is only carried out by the jaws and not of the whole arm including its rotating mechanism is that Perform the movement easily and the machine elements have small ones Dimensions. Due to these circumstances, the disadvantages of Tool changing devices working according to the start-up process are eliminated.

Der erfindungsgemäße Werkzeugschaftgreifer kann durch jedwelchen Werkzeug­ maschinenhersteller als Element eines gattungsgemäßen Werkzeugwechslers ver­ wendet werden.The tool shank gripper according to the invention can be done by any tool machine manufacturer as an element of a generic tool changer ver be applied.

Claims (1)

Werkzeugschaftgreifer für den automatischen Werkzeugwechsel bei Werkzeug­ maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ergreifen des Werkzeugschaftes die zum Festhalten erforderliche letzte Bewegungsphase eine lineare Bewegung ist, die nur von den Klemmbacken selbst ausgeführt wird, wobei die zum Fest­ halten des Werkzeugschaftes erforderliche Bewegung durch kraftschlüssiges Abtasten einer Zwangsbahn vor deren Ende und damit vor dem Ende der Vor­ wärtsbewegung der Klemmbacken eingeleitet wird und weiterhin beim Festhal­ ten des Werkzeugschaftes ein durch diesen Werkzeugschaft laufender geschlos­ sener Kraftfluß vorliegt, durch den das steife und lückenlose Festhalten ge­ währleistet ist.Tool shank gripper for the automatic tool change in machine tools, characterized in that when the tool shank is gripped, the last movement phase required for holding is a linear movement which is carried out only by the clamping jaws themselves, the movement required for holding the tool shank in place by force-locking scanning of one Constraint before the end of it and thus before the end of the forward movement of the jaws is initiated and continue to hold the tool shank while holding a running through this tool shank closed flow of force through which the stiff and complete hold is guaranteed.