DE4300745A1

DE4300745A1 - Werkzeugwechsler für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE4300745A1
Application number: DE4300745A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Ballach
Original assignee: SHF FERTIGUNGSAUTOMATION GmbH
Current assignee: SHF FERTIGUNGSAUTOMATION GmbH
Priority date: 1993-01-14
Filing date: 1993-01-14
Publication date: 1994-07-21

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkzeugwechsler für eine Werkzeugmaschine mit einer zur Aufnahme eines Werk zeugs ausgebildeten Werkzeugspindel, welcher einen Werk zeuggreifer hat, der durch einen Motor parallel zur Drehachse der Werkzeugspindel eine Hubbewegung auszufüh ren vermag und in einer Endstellung durch den Motor und ein zwangsgesteuertes Getriebe um eine in Richtung seiner geradlinigen Hubbewegung verlaufenden Achse verschwenkbar ist. Ein Werkzeugwechsler der vorstehenden Art ist Gegen stand der DE-A-35 03 637.

Bei dem bekannten Werkzeugwechsler ist der Werkzeuggrei fer fest am freien Ende einer axial verschiebbaren und drehbaren Welle angeordnet. Von oben her stützt sich eine Hülse über eine Druckfeder auf dieser Welle ab. Diese Hülse ist mit einer Steuernut versehen, in welche ein ra dialer Steuernocken der Welle eingreift. Wenn bei einem Abwärtshub der Welle durch Verschieben der Hülse die Welle gegen einen Anschlag fährt, dann bewegt sich die Hülse unter Zusammendrücken der Feder weiter über die Welle und verdreht dabei entsprechend des Verlaufs der Steuernut infolge des in die Steuernut eingreifenden Steuernockens die Welle. Deshalb ist es möglich, mittels eines primär eine Hubbewegung herbeiführenden Motors durch eine Zwangssteuerung auch eine Drehbewegung zu er zeugen.

Nachteilig bei dieser Zwangssteuerung ist es, daß beim Rückhub der Hülse die Feder die Welle relativ zur Hülse bewegen muß. Ist die Verschiebung der Welle zu schwergän gig, dann kommt es zu Beginn und während des Rückwärtshu bes nicht zu der gewünschten Drehbewegung des Werkzeug greifers. Es ist somit nicht mit Sicherheit gewährlei stet, daß der Werkzeuggreifer sich in oberster Stellung der Hülse in der richtigen Position befindet.

Durch die SU-13 93 578 ist auch schon ein Werkzeugwechs ler bekannt, bei dem ein von nur einem einzigen Motor an getriebener Werkzeuggreifer mittels einer umlaufenden, endlosen Kulissenführung eine kombinierte Hub-Drehbewe gung ausführt. Da dabei ein feststehender Führungsnocken im ständigen Eingriff mit der Kulissenführung ist, erfol gen die Bewegungen des Werkzeuggreifers zwangsläufig und unabhängig von Reibkräften. Zu jeder axialen Lage des Werkzeuggreifers gehört eine zwingend sich ergebende Win kelstellung.

Nachteilig bei dem Werkzeugwechsler nach der genannten SU 13 93 578 ist es, daß der Werkzeuggreifer zur Erzeugung der Drehbewegung einen erheblichen Hub ausführen muß. Die Fig. 11 dieser Schrift zeigt, daß dieser für die Drehbe wegung erforderliche Hub sogar größer ist, als der aus schließlich eine geradlinige Verschiebung des Werkzeug greifers herbeiführende Hub. Da die Platzverhältnisse im Arbeitsraum von Werkzeugmaschinen jedoch meist sehr be engt sind, steht für einen solchen, lediglich zur Er zeugung einer Drehbewegung erforderlichen Hub oftmals nicht genügend Platz zur Verfügung.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Werkzeug wechsler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit nur einem einzigen Motor eine kombinierte, form schlüssige Hub- und Drehbewegung seines Werkzeuggreifers erzeugt werden kann, ohne daß der Werkzeuggreifer dabei zur Erzeugung der Drehbewegung eine über den gewünschten Hubbereich hinausgehende Hubbewegung ausführen muß.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Werkzeuggreifer auf einer Welle axial verschieblich, jedoch relativ zu der Welle unverdrehbar angeordnet und zur Erzeugung der Hubbewegung eine von dem Motor antreib bare Kurventrommel mit einer Hubkurve vorgesehen ist, die einen Steigungsbereich und einen ohne Steigung verlaufen den Kurvenbereich hat, in die der Werkzeuggreifer mit einem Steuervorsprung greift, und daß die Welle zum Ver schwenken des Werkzeuggreifers über ein formschlüssiges Schwenkgetriebe mit dem Motor verbunden ist.

Durch eine solche Kurventrommel wird es möglich, mittels des Steigungsbereiches den Werkzeuggreifer axial zu ver schieben, solange dieser mit seinem Steuervorsprung in den Steigungsbereich der Hubkurve eingreift. Gelangt der Steuervorsprung in den steigungslosen Bereich der Hub kurve, dann kann man den Werkzeuggreifer über die Länge dieses Bereiches verschwenken, ohne daß dabei eine Hubbe wegung eintritt. Diese Schwenkbewegung erfolgt mittels des Schwenkgetriebes durch denselben Motor wie die Hubbewegung. Die Erfindung besteht somit darin, daß für die Erzeugung der Hub- und Drehbewegung zwei verschiedene Getriebe vorgesehen werden, und daß das den Hub herbei führende Getriebe zur Ermöglichung der Drehbewegung in eine solche Stellung gelangt, in der es hierfür den Werk zeuggreifer begrenzt freigibt.

Der erfindungsgemäße Werkzeugwechsler ist sehr flexibel und kann besonders vielseitig bei unterschiedlich gestal teten Maschinen eingesetzt werden.

Das Schwenkgetriebe kann unterschiedlich gestaltet sein. Eine besonders einfache Ausführungsform besteht darin, daß es eine drehfest mit der Welle verbundene Kurven scheibe hat, in die zur Erzeugung der Schwenkbewegung ein mit der Kurventrommel gekuppeltes Bauteil eingreift.

Zur Vermeidung von Kollisionen des Werkzeugwechslers mit Teilen der Werkzeugmaschine ist es oftmals erforderlich, daß dieser in Richtung des Arbeitsraumes der Werkzeugma schine möglichst wenig über die Schwenkachse seines Werk zeuggreifers hinwegragt. Das ist im besonders hohen Maße zu erreichen, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Kurventrommel parallel zu der Welle auf der dem Werkzeuggreifer abgewandten Seite des Werkzeugwechs lers angeordnet ist.

Das Schwenkgetriebe ist besonders kompakt ausgebildet, wenn die Kurventrommel von dem Motor über eine drehfest mit ihr verbundene Trommelwelle angetrieben und auf einem freien Ende der Trommelwelle als die Kurvenscheibe betä tigendes Bauteil ein Steuerarm angeordnet ist, welcher zum Verschwenken des Werkzeuggreifers mit einem Steu ernocken in eine Steuernut der Kurvenscheibe zu greifen vermag.

Der Werkzeuggreifer ist in allen Winkellagen fixiert, so daß er niemals in eine nicht definierte Stellung gelangen kann, wenn die Trommelwelle zur Fixierung der Winkellage des Werkzeuggreifers eine Segmentscheibe und die Kurven scheibe der Welle des Werkzeuggreifers eine entspre chende, konkave Ausnehmung hat, in welche die Segment scheibe über einen festgelegten Winkelbereich greift, und wenn die Segmentscheibe zum Freigeben der Verschwenkbar keit der Kurvenscheibe der Welle des Werkzeuggreifers nach dem formschlüssigen Eingreifen des Steuerarmes in die Kurvenscheibe ausgebildet ist.

Der Motor für die Hub- und Drehbewegung kann sehr einfach ausgebildet sein, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Kurventrommel von einem auf ihrer Trom melwelle sitzenden Ritzel angetrieben ist, in welches ein durchmessergrößeres Zahnrad eingreift, und wenn der Motor ein hydraulischer Zylinder ist, von dem eine Kolbenstange zu einem Exzenter des Zahnrades führt.

Beim Ausspannen eines Werkzeugs kommt es meist durch die Ausbildung des Spannfutters zu einer geringen axialen Auswärtsbewegung des Werkzeugs. Diese führt nicht zu Bie gungen im Werkzeugwechsler, wenn die Kurventrommel auf ihrer Trommelwelle geringfügig gegen die Kraft einer Druckfeder axial in Ausspannrichtung des Werkzeugs ver schiebbar angeordnet ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be schrieben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Werkzeuggreifers,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Werkzeuggreifers.

Wie die Fig. 1 zeigt, hat der Werkzeugwechsler in einem Tragkörper 1 eine Welle 2, auf der axial verschieblich, jedoch relativ zur Welle 2 unverdrehbar ein Werkzeuggrei fer 3 angeordnet ist. Hierzu kann es sich bei der Welle 2 beispielsweise um eine Vielkeilwelle handeln.

Parallel zu der Welle 2 ist eine Kurventrommel 4 mittels einer Trommelwelle 5 gelagert. Diese Kurventrommel 4 hat in ihrer Außenmantelfläche eine Hubkurve 6, in die der Werkzeuggreifer 3 mit einem eine Rolle aufweisenden Steu ervorsprung 7 greift.

Die Hubkurve 6 hat einen Steigungsbereich 8, daran anschließend einen Kurvenbereich 9 ohne Steigung, von dem in Fig. 1 nur ein Teilbereich zu sehen ist, und daran anschließend einen weiteren, nicht zu sehenden Steigungs bereich, der zurück zum Anfang des Steigungsbereiches 8 führt. Dreht sich die Kurventrommel 4 in Richtung des in Fig. 1 eingezeichneten Pfeiles, dann bewegt sich der Werkzeuggreifer 3 zunächst auf der Welle 2 in Fig. 1 ge sehen nach links, bis sein Steuervorsprung 7 in den Kur venbereich 9 gelangt. Danach führt bei weiterer Drehung der Kurventrommel 4 der Werkzeuggreifer 3 keinen weiteren Hub aus. Er kann jedoch zusammen mit der Welle 2 entspre chend der Länge des Kurvenbereiches 9 verschwenkt werden. Diese Verschwenkung erfolgt formschlüssig durch ein Schwenkgetriebe 10. Dieses hat eine Kurvenscheibe 11, welche drehfest auf der Welle 2 befestigt ist, und eine Steuernut 12. In diese Steuernut vermag ein Steuernocken 13 eines Steuerarmes 14 nach einer Drehung der Trommel welle 5 um etwa 135° zu greifen. Dieser Steuerarm 14 ist an einem Ende der Trommelwelle 5 in radialer Ausrichtung befestigt. Die genaue Gestaltung des Schwenkgetriebes 10 wird später anhand der Fig. 2 erläutert.

Der Antrieb der Trommelwelle 5 erfolgt durch einen Motor 15, bei dem es sich um einen hydraulischen Zylinder han delt, dessen Kolbenstange 16 mit einem Exzenter 17 eines Zahnrades 18 verbunden ist. Dieses Zahnrad 18 greift in ein im Durchmesser wesentlich kleineres Ritzel 19 ein, welches fest auf der Trommelwelle 5 befestigt ist. Die Zähnezahl des Zahnrades 18 und des Ritzels 19 ist so ge wählt, daß bei einer viertel Umdrehung des Zahnrades 18, die durch einen Hub der Kolbenstange 16 zu erzeugen ist, das Ritzel 19 und damit die Kurventrommel 4 eine volle Umdrehung ausführt.

In Fig. 1 ist zusätzlich zu erkennen, daß die Kurven trommel 4 auf der Seite des Kurvenbereiches 9 ohne Stei gung über Druckfedern 24 gegen einen Bund 25 der Trommel welle 5 abgestützt ist. Die Kurventrommel 4 kann sich deshalb auf der Trommelwelle 5 geringfügig axial ver schieben.

Die Fig. 2 läßt erkennen, daß auf der Trommelwelle 5 eine Segmentscheibe 20 angeordnet ist, welche in der dar gestellten Stellung in eine konkave Ausnehmung 21 der Kurvenscheibe 11 greift. Dadurch kann sich die Kurven scheibe 11 und deshalb auch die Welle 2 mit dem Werkzeug greifer 3 nicht verdrehen. Zur entgegengesetzten Seite hin wie die Segmentscheibe 20 ist der Steuerarm 14 mit dem Steuernocken 13 ausgerichtet. Dreht sich die Welle 5 um etwa 135°, dann gelangt der Steuernocken 13 in die Steuernut 12 der Kurvenscheibe 11, während die Segment scheibe 20 aus der Ausnehmung 21 heraus gelangt. Bei wei terer Verdrehung der Trommelwelle 5 kommt es dann zu einer Verschwenkung des Werkzeuggreifers 3.

Die Fig. 2 läßt auch erkennen, daß der Werkzeuggreifer 3 zwei in einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtete Zangen 22, 23 hat.

Zum Auswechseln eines Werkzeugs wird der Werkzeugwechsler auf nicht beschriebene, jedoch übliche Weise in den Ar beitsraum einer Werkzeugmaschine derart hineinbewegt, daß beispielsweise die Zange 22 des Werkzeuggreifers 3 von einer Seite her über ein noch gespanntes Werkzeug greift. Dann löst man die Spannung des Werkzeugs. Hierbei hat das Werkzeug meist die Tendenz, sich geringfügig aus dem Spannfutter heraus zu verschieben. Eine solche Bewegung kann durch eine entsprechende axiale Bewegung des Werk zeuggreifers 3 auf der Welle 2 unter gleichzeitigem Ver schieben der Kurventrommel 4 gegen die Kraft der Druckfe der 24 ausgeglichen werden.

Nach dem Entspannen des Werkzeugs aktiviert man den Motor 15, was durch Ausfahren der Kolbenstange 16 zu einer 360°-Drehung der Kurventrommel 4 führt. Hierdurch bewegt sich der Werkzeuggreifer 3 mit dem gegriffenen Werkzeug auf der Welle 2 zurück, wobei er das Werkzeug aus dem Spannfutter zieht, verschwenkt sich dann um 90°, so daß ein in der Zange 23 bereitgehaltenes neues Werkzeug in eine mit dem Spannfutter fluchtende Stellung gelangt und fährt anschließend wieder auf der Welle 2 nach vorn, wo bei das neue Werkzeug in das Spannfutter geschoben wird. Für den folgenden Werkzeugwechsel fährt man die Kolben stange 16 wieder ein, was zu einem gleichen Bewegungsab lauf des Werkzeuggreifers 3 führt. Ein besonderer Vorteil bei den Bewegungen des Werkzeuggreifers 3 liegt darin, daß die aufeinanderfolgenden Bewegungen zwangsläufig erfolgen. Es sind deshalb keine Endschalter erforderlich, welche die einzelnen Bewegungen bestätigen. Dadurch entfallen die sonst für die Steuerung erforderliche Tot zeiten.

Bezugszeichenliste

1 Tragkörper
2 Welle
3 Werkzeuggreifer
4 Kurventrommel
5 Trommelwelle
6 Hubkurve
7 Steuervorsprung
8 Steigungsbereich
9 Kurvenbereich
10 Schwenkgetriebe
11 Kurvenscheibe
12 Steuernut
13 Steuernocken
14 Steuerarm
15 Motor
16 Kolbenstange
17 Exzenter
18 Zahnrad
19 Ritzel
20 Segmentscheibe
21 Ausnehmung
22 Zange
23 Zange
24 Druckfeder
25 Bund

Claims

1. Werkzeugwechsler für eine Werkzeugmaschine mit einer zur Aufnahme eines Werkzeugs ausgebildeten Werkzeugspin del, welcher einen Werkzeuggreifer hat, der durch einen Motor parallel zur Drehachse der Werkzeugspindel eine Hubbewegung auszuführen vermag und in einer Endstellung durch den Motor und einem zwangsgesteuerten Getriebe um eine in Richtung seiner geradlinigen Hubbewegung verlau fenden Achse verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeuggreifer (3) auf einer Welle (2) axial verschieblich, jedoch relativ zu der Welle (2) unverdreh bar angeordnet und zur Erzeugung der Hubbewegung eine von dem Motor (15) antreibbare Kurventrommel (4) mit einer Hubkurve (6) vorgesehen ist, die einen Steigungsbereich (8) und einen ohne Steigung verlaufenden Kurvenbereich (9) hat, in die der Werkzeuggreifer (3) mit einem Steuer vorsprung (7) greift, und daß die Welle (2) zum Ver schwenken des Werkzeuggreifers (3) über ein formschlüs siges Schwenkgetriebe (10) mit dem Motor (15) verbunden ist.

2. Werkzeugwechsler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Schwenkgetriebe (10) eine drehfest mit der Welle (2) verbundene Kurvenscheibe (11) hat, in die zur Erzeugung der Schwenkbewegung ein mit der Kurventrommel (4) gekuppeltes Bauteil (Steuerarm 14) eingreift.

3. Werkzeugwechsler nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurventrommel (4) parallel zu der Welle (2) auf der dem Werkzeuggreifer (3) abgewandten Seite des Werkzeugwechslers angeordnet ist.

4. Werkzeugwechsler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Kurventrommel (4) von dem Motor (15) über eine drehfest mit ihr verbundene Trommelwelle (5) ange trieben wird und auf einem freien Ende der Trommelwelle (5) als die Kurvenscheibe (11) betätigendes Bauteil ein Steuerarm (14) angeordnet ist, welcher zum Verschwenken des Werkzeuggreifers (3) mit einem Steuernocken (13) in eine Steuernut (12) der Kurvenscheibe (11) zu greifen vermag.

5. Werkzeugwechsler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Trommelwelle (5) zur Fixierung der Winkel lage des Werkzeuggreifers (3) eine Segmentscheibe (20) hat und die Kurvenscheibe (11) der Welle (2) des Werk zeuggreifers (3) eine entsprechende, konkave Ausnehmung (21) hat, in welche die Segmentscheibe (20) über einen festgelegten Winkelbereich greift, und daß die Segment scheibe (20) zum Freigeben der Verschwenkbarkeit der Kur venscheibe (11) der Welle (2) des Werkzeuggreifers (3) nach dem formschlüssigen Eingreifen des Steuerarmes (14) in die Kurvenscheibe (11) ausgebildet ist.

6. Werkzeugwechsler nach zumindest einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven trommel (4) von einem auf ihrer Trommelwelle (5) sitzen den Ritzel (19) angetrieben ist, in welches ein durchmes sergrößeres Zahnrad (18) eingreift, und daß der Motor (15) ein hydraulischer Zylinder ist, von dem eine Kolben stange (16) zu einem Exzenter (17) des Zahnrades (18) führt.

7. Werkzeugwechsler nach zumindest einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven trommel (4) auf ihrer Trommelwelle (5) geringfügig gegen die Kraft einer Druckfeder (24) axial in Ausspannrichtung des Werkzeugs verschiebbar angeordnet ist.