DE2143780A1

DE2143780A1 - Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2143780A1
Application number: DE19712143780
Authority: DE
Inventors: Pierre Courbevoie Pegard (Frank reich)
Original assignee: G S P ATEL
Current assignee: G S P ATEL
Priority date: 1970-09-03
Filing date: 1971-09-01
Publication date: 1972-03-16
Also published as: US3789472A; FR2105381A5

Description

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ATELIERS G.S.P. (GuiHemin, Sergot, Pegard) Courbevole / Prankreich

Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugwechseleinrichtung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen bei Werkzeugmaschinen mit einer im wesentlichen horizontal verlaufenden Spindel.

Es sind bereits bestimmte Werkzeugwechseleinrichtungen bekannt, welche ein drehbares Magazin aufweisen, dessen Achse relativ weit von der Werkzeugmaschine entfernt ist.

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Demzufolge ist ein relativ komplexer Transfermechanismus notwendig, um das Werkzeug zwischen dem Magazin und dem Werkzeughalter hin und her zu transportieren. Ein derartiger Transfermechanismus ist demzufolge kompliziert und teuer. Zusätzlich ist die beim Wechseln des Werkzeugs sich ergebende Stillstandszeit relativ lang, was zu einer Verlängerung der totalen Bearbeitungszeit führt.

Es sind ferner Werkzeugwechseleinrichtungen bekannt, bei welchen das Magazin in der Nähe des Werkzeughalters angeordnet sind. Bei derartigen Einrichtungen befindet sich das Magazin auf dem Spindelträger, so daß es sich zusammen mit letzterem verschiebt. Da somit die Transportwege verkürzt sind, ergibt sich eine Vereinfachung des Werkzeugtransfers. Die in dem Magazin gelagerten Werkzeuge stören jedoch wegen ihrer relativ großen Länge die Annäherung des Werkzeughalters an das zu bearbeitende Werkstück. Im übrigen ist die Anzahl der in dem Magazin eingesetzten Werkzeuge begrenzt, weil der Spindelhalter aus verschiedenen Gründen - insbesondere im Hinblick auf die Genauigkeit der Bearbeitung - nur ein bestimmtes Gewicht tragen kann.

Im Hinblick auf diesen Stand der Technik ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine automatische Werkzeugwechseleinrichtung für Werkzeugmaschinen zu schaffen, welche diese oben genannten Nachteile nicht aufweist und welche mit Hilfe eines relativ einfachen Transfermechanismus selbst relativ große Werkzeuge auswechseln kann.

Erfindungsgemäß wird dies daduroh erreicht, daß die einzelnen Werkzeuge zwischen ihrem Bearbeitungsbereich und ihrem Befestigungsbereüi einen auf der Seite abgeschnittenen

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Kragen aufweisen, ferner daß der Transfermechanismus zwischen der Spindel und dem Magazin einen Greifer aufweist, deren Greifarme wenigstens so breit wie die Kragen der Werkzeuge sind, wobei der Greifer bei eingespanntem Werkzeug in der Spindel den Kragen des Werkzeugs in der Warteposition umschließt, und daß jedes Werkzeug mit einer der Form des Kragens angepaßten Hauptplatte versehen ist, welche einen Spalt ergeben, während die Spindel mit zwei Sekundärplatten versehen ist, welche bei eingespanntem Werkzeug in der Spindel in derselben Ebene wie die Hauptplatte liegen und eine Schutzeinrichtung ergeben, die das Eindringen von Spänen zwischen den Kragen und den Greifarmen des Greifers verhindert,

Bei einer derartigen Werkzeugwechseleinrichtung ist das Magazin nicht auf dem Spindelträger gelagert, so daß die Arbeitsweise der Werkzeugmaschine nicht gestört wird, während die Präzision der Werkzeugmaschine gewahrt wird. Im übrigen ist die Kapazität der gespeicherten Werkzeuge nicht begrenzt und die Annäherung des Werkzeugs an das Werkstück nicht gestört. Da die in der entlang der vertikalen Drehachse des Magazins angeordneten Werkzeuge während des Drehens des Magazins an Ort und Stelle verbleiben, ergibt sich ferner eine sehr genaue Fixierung der einzelnen Werkstücke.

Der Transfermechanismus zusammen mit dem Steuermechanismus ist im übrigen sehr stark vereinfacht. Die Vereinfachung des Transfermechanismus ergibt sich vor allem dadurch, daß einzig und allein eine Translationsbewegung notwendig ist. Die Verschiebungsgeschwindigkeiten können somit relativ hoch sein, so daß sehr stark reduzierte Stillstandszeiten ergeben. Die Steuereinrichtungen sind ebenfalls sehr stark vereinfacht, so daß sich eine relativ einfache Programmierung ergibt. Schließlich ist die Zuverlässigkeit des Transfermechanismus sehr hoch, so daß sich eine sichere Funktionsweise ergibt.

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Eine Vereinfachung des Transfermechanismus ergibt sich ferner aufgrund der Wahl der Warteposition des Greifers und der Konzeption des dazugehörigen Betätigungsmechanismus, welcher ein. Verschwenken des Werkzeugs von der Horizontalen in die Vertikale und umgekehrt ermöglicht. In der Warteposition ist der Greifer im Bereich des arbeitenden Werkzeugs offen, wodurch sich ein Zeitgewinn für die Durchführung des Werkzeugwechsels und damit eine Verminderung der Stillstandszeit ergibt. Bezüglich des Betätigungsmechanismus ermöglicht die Wahl einer die Translationsbewegung in eine Schwenkbewegung umwandelnde Nut die Verwendung eines nur translatorische Bewegungen ausführenden Mechanismus, wobei die Transfergeschwindigkeit zur Durchführung der Schwenkbewegung nicht vermindert wird. Dabei wird zusätzlich ein Programmierungsschritt unterdrückt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ergibt sich fernerhin eine sehr hohe Speicherkapazität für ein Magazin vorgegebener Größe. Dies wird durch besondere Ausbildung der Werkzeuge erreicht, welche von einem Greifer ergriffen werden. Auf Grund dieser Ausbildung kann die Größe der einzelnen Abteile des Magazins in sehr starkem Maße verringert werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können ferner zwischen den Werkzeugschäften und dem Greifer keine Späne eindringen. Derartige Späne würden nämlich eine Beschädigung der Wechseleinrichtung hervorrufen, was zu längeren Stillstandszeiten für die Reparatur der Maschine führen würde.

Im Rahmen der Erfindung weist jedes Werkzeug zwischen seinem Bearbeitungsbereich und seinem Einspannbereich innerhalb d&e Werkzeughalters einen in gewissen Bereichen abgeschnittenen Kragen auf, so daß das zur Speicherung gelangende Werkzeug eine reduzierte Breite aufweist. Der den Transfer des Werkzeugs von dem Werkzeughalter bis ins

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Magazin bewirkende Mechanismus weist einen Greifer auf, dessen Greifarme wenigstens gleich breit sind wie die Werkzeugschäfte. In der Warteposition ist der Greifer offen und so angeordnet, daß die Greiferarme von beiden Seiten das in dem Werkzeughalter eingespannte Werkzeug umschließen. Jeder Kragen eines Werkzeugs ist mit einer vorderen und einer hinteren Fläche versehen,, von welcher die eine mit einer v-förmigen Ringnut versehen ist, in welche der vordere Greiffinger des Greifers hineingreift. Der Werkzeughalter weist zwei Sekundär platten auf, welche bei eingespanntem Werkzeug in derselben Ebene wie eine Hauptplatte liegen, wodurch sich ein kreisförmiger Halter ergibt, welcher das Eindringen von Spänen zwischen dem V/erkzeugschaft und den Greiffingern des Greifers verhindert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der Wechselmechanismus bei einem Magazin mit vertikaler Achse aus wenigstens einem verschiebbaren Element, welches parallel entlang dem Spindelhalter verschiebbar ist und welches mit eine translatorische Bewegungen hervorrufenden Organen verbunden ist. Der Greifer ist in bezug auf ein um eine orthogonale Achse zur Translationsbewegung verschiebbaren Element verschwenkbar und mit einem Schwenkmechanismus verbunden, welcher sich auf dem Spindelträger abstützt.

Vorzugsweise besteht der Schwenkmechanismus aus wenigstens einem geführten Element und wenigstens einem führenden Element, wobei das eine Element von einem verschiebbaren Element und das andere von dem Träger geführt ist. Das Führungselement weist in der Nähe des Werkzeughalters eine Kurve auf, um die Schwenkbewegung des Greifers aus einer Translationsbewegung des verschiebbaren Elements abzuleiten, während im Bereich des Magazins ein gerader Führungsbereich vorgesehen ist, um mit Hilfe der Trans-

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lationsbewegung das von dem Greifer erfaßte Werkzeug in vertikaler Richtung zu führen. Der oben erwähnte Träger ist vorzugsweise ein zweites verschiebbares Element, welches parallel zum ersten entlang einer Führung verschiebbar ist, das an dem Spindelgehäuse befestigt ist.Das zweite Element ist mit einem zweiten eine translatorische Bewegung hervorrufenden Organ verbunden.

Die Erfindung soll nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

Pig. I eine seitliche Ansicht einer Werkzeugmaschine, welche mit einer Werkzeugwechseleinrichtung gemäß der Erfindung versehen ist,

Pig. 2 eine Drausicht auf die in Fig. 1 dargestellte Werkzeugmaschine,

Fig. 3 eine seitlich vergrößerte Ansicht - teilweise im Schnitt - eines Teils der in Fig. 1 dargestellten Werkzeugmaschine,

Fig. k eine weiterhin noch vergrößerte Schnittansicht eines Teils des in Fig. J5 dargestellten Mechanismus,

Fig. 5 und 6 Schnittansichten entlang der Linien 5-5 und 6-6 von Fig. 4,

Fig. 7 eine Fig. 4 entsprechende Ansicht zur Darstellung der Schutzeinrichtung für den Werkzeugschaft und den Greifer,

Fig. 8 bis IO Schnittansichten entlang den Linien 8-8, 9-9 und lo-lo von Fig. 7·

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Die in Form eines Beispiels in den Pig. 1 bis J5 dargestellte Werkzeugmaschine dient zum Fräsen, Bohren, Schlichten und Gewindeschneiden an Werkstücken. Diese Werkzeugmaschine weist ein Maschinenbett 1 auf, welches mit einem Tisch 2 versehen ist, auf welchem mit Hilfe von zwei sich kreuzenden Schlitten 2 und 4 ein Spanntisch 5 befestigt ist, auf welchem das zu bearbeitende Werkstück gespannt wird. Das Maschinenbett 1 ist mit einer hinter dem Tisch angeordneten Getriebeeinheit 6 versehen, welche einen vertikalen Schlitten 7 aufweist, auf welchem der Spindelträger geführt ist. Innerhalb des Spindelträgers 8 ist eine Spindel 9 drehbar gelagert, deren Achse sich in horizontaler Richtung erstreckt, bzw. allgemeiner ausgedrückt parallel zu einer Ebene des Spanntisches 5 verläuft, weil der Spanntisch 5 auch geneigt sein könnte. Die Spindel 9 ist normalerweise mit einem Werkzeug 11, - beispielsweise einer Frässcheibe, einem Bohrer, einer Reibahle oder einem Gewindebohrer - versehen.

Die Werkzeugwechseleinrichtung gemäß der Erfindung dient dazu, in der in Fig. 1 dargestellten mittleren Position der Spindel 9 entlang des Schlittens 7 das in der Spindel 9 eingespannte Werkzeug 11 zu entfernen und in ein Magazin einzulegen, worauf anschließend von demselben ein anderes Werkzeug entnommen und an der Spindel 9 befestigt wird. Diese Werkzeugwechseleinrichtung besteht somit aus einem Magazin 12, welches gemäß dem in Fig. 1 bis J> dargestellten Ausführungsbeispiel eine mit Ausnehmungen versehene Scheibe I^ aufweist, die um eine vertikale Achse 14 drehbar ist. Diese Scheibe IJ ist an einem Zylinder 15 befestigt, welcher am oberen Ende einer einstückig mit dem Maschinenbett 1 ausgebildeten, in bezug auf die Getriebeeinheit 6 gegenüberliegend zu dem Tisch 2 angeordneten Säule 16 gelagert ist. Der innere Kern 17 dieses Zylinders

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ist mit einem auf Zapfen 18 aufgesetzten Kugellager versehen, wobei dieser Zapfen 18 entlang der vertikalen Achse 14 der Säule 16 angeordnet ist. Pernerhin weist dieser Kern 17 ein Zahnrad 19 auf, welches mit einem Antriebsritzel 20 kämmt.

Unabhängig davon wie der Antrieb der Scheibe 13 erfolgt, erscheint es notwendig, daß dieselbe und das Werkzeug folgende Eigenschaften aufweisen:

a) Jedes Werkzeug 11 weist gemäß Fig. 7 eine ringförmige Anlagefläche auf, welche zwischen dem Bearbeitungsteil 22-in Form eines Fräskopfes, eines Bohrers, einer Reibahle oder einem Gewindeschneidkopf und seinem Befestigungsbereich 23 innerhalb der Spindel 9 vorhanden ist.

b) Die Scheibe 13 weist gemäß Fig. 2 entlang ihres Umfanges Ausnehmungen 24 auf, deren Durchmesser im wesentlichen dem Befestigungsbereich 23 des Werkzeugs 11 entsprechen. Diese Ausnehmungen 24 ergeben somit eine Halterung für die Werkzeuge 11, welche mit ihren Befestigungsbereichen 23 in vertikaler Richtung innerhalb der Ausnehmungen 24 zu liegen kommen, wobei die Auflageflächen 21 dieser Werkzeuge 11 auf dem Rand dieser Ausnehmungen 24 aufliegen.

c) Die in Fig. 2 dargestellte Ausnehmung 24s, welche wahlweise für die Aufnahme eines aus der Spindel 9 entnommenen Werkzeuges 11 dient oder ein Werkzeug für die Einlage in der Spindel 9 abgibt, muß in eine Ebene gebracht werden, welche durch die Achsen 10 und 14 festgelegt ist. Zu diesem Zweck wird die Scheibe 13 in

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Drehung versetzt, was mit Hilfe einer Steuerung erfolgt, welche eine bestimmte Ausnehmung anwählt und die Scheibe 13 bis zu der betreffenden Position rotiert.

Die Konstruktion des Magazins 12 kann beliebig gewählt sein, solange gewährleistet ist, daß die angewählte Ausnehmung 24s in die gewünschte Position gelangt, in welcher eine Abgabe bzw. eine Aufnahme des Werkzeugs 11 möglich ist. Das Werkzeug 11 wird dabei so gehalten, daß seine Längsachse im wesentlichen senkrecht zu der Spindel 9 liegt. Das Magazin 12 kann somit wahlweise ein Ketten-, Schieberoder Trommelmagazin sein, wobei die gespeicherten Werkzeuge entlang eines offenen oder geschlossenen Kreises, entlang einer Kurve oder geradlinig oder in mehreren Stufen bewegt werden. Das Vorsehen einer rotierbaren Scheibe I3 erscheint jedoch vorteilhaft, weil ein derartiges Magazin 12 sehr einfach und billig herstellbar ist.

Die Werkzeugwechseleinrichtung gemäß der Erfindung besteht - abgesehen von dem Magazin 12 - aus einem Transfermechanismus 25, der gemäß Fig. 1 und j3 auf dem Spindelträger 8 befestigt ist, um dessen Bewegung zu folgen. Dieser Transfermechanismus besteht aus einem Greifer 26 und dem dazu benötigten die Transferbewegung durchführenden Betätigungselement 27· Der Greifer 26 arbeitet zusammen mit einem Kragen 28, welcher auf geeignete Weise an dem Befestigungsbereich 23 jedes Werkzeugs 11 vorgesehen ist. Gemäß den in dem Pig. 3 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Greifer 26 aus einem von dem Betätigungselement 27 getragenen unbeweglichen Greifarm 29 und einem in bezug auf den unbeweglichen Greifarm 29 verschiebbaren beweglichen Greifarm 30. Letzterer ist auf der Seite des Bearbeitungsbereiches 22 des Werkzeugs 11 angeordnet und mit einem eine vorzugsweise flache Greiffläche aufweisenden Ansatz

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versehen, welcher gegen die vordere Fläche 32 des in Fig. h

dargestellten Kragens 28 drückt. Der bewegliche Greif arm .30 ist hingegen mit einem Ansatz .33 versehen, v/elcher einen in etwa V-förmigen Vorsprung aufweist, der gemäß Fig. 10 konzentrisch zu der Achse des Werkzeugs 11 gekrümmt ist. Dieser Vorsprung .3^· dient dazu, in eine bogenförmige Rinne 33 einzugreifen, vrelche gemäß Fig. 4, 7 und 8 in der rückwärtigen Fläche des Kragens 28 angeordnet ist.

Zur Vereinfachung der Steuereinheit ist; die Arbeitsweise des Greifers 2.6 besonders gewählt. Während zwei aufeinanderfolgendem Wechseln des Werkzeugs 11 nimmt der Greifer 26 die in Fig. 3 dargestellte offene Position ein, bei welcher die Ansätze 32 und 31 der Greifarme 2^₃ 30 von beiden Seiten den Kragen 28 des in der Spindel 9 befestigten Werkzeuges umschließen. Dabei ist jedoch ein gewisser Abstand zwischen diesen Ansätzen 31, 32 und dem Kragen 28 vorgesehen, so daß der Greifer 26 nicht das Werkzeug 11 festhält. Es erweist sich im übrigen vorteilhaft, den Greifer 26 mit dem dazugehörigen Betätigungselement 27 auf dem Spindelträger 8 oberhalb der Spindel 9 anzuordnen, damit die Annäherung an das zu bearbeitende Werkstück nicht beeinträchtigt wird.

Da die in Fig. 3 dargestellte Warteposition aufrechterhalten wird, wird die durch das Betätigungselement 27 hervorgerufene Bewegung des Greifers zum Transport des Werkzeugs von der Spindel 9 in Richtung der Ausnehmung 24s des Magazins und zurück vereinfacht. Es genügt nämlich zuerst den Greifer 26 um eine zur Ebene 10, 14 senkrechte Achse nach vorne und oben zu schwenken, um das Werkzeug 11 aus der Spindel 11 zu ziehen und in eine vertikale Position zu bringen, worauf dann im Rahmen eines zweiten Arbeitsschrittes der Greifer 9 parallel zur

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Achse der Spindel nach rückwärts geführt wird, um das Werkzeug 11 zurück in die Ausnehmung 24-s des Magazins 12 zu rühren. Die Bewegungen zum Einsetzen eines neuen Werkzeuges 11 müssen dann in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt v/erden.

Es erscheint somit einleuchtend, daß die Scheibe 1.15 voc Magazins 12 oberhalb des Spindelträgers 8 in die in Fic· 1 dargestellte mittlere Position gebracht werden muß und daß nein vertikaler Abstand in bezug auf das Betätigungselement 27 derselbe ist wie die Auflagefläche 21 eines Werkzeuges 11, welches in vertikaler Position von dem Greifer 26 gehalten ist. Es erscheint ferner einleuchtend, daß anstelle einer vertikalen Verschiebung des Spindelträgers 8 in bezug auf ein höhenmäßig konstant gehaltenes Magazin 12 das Magazin 12 ebenfalls in vertikaler Richtung in Abhängigkeit eines Steuerbefehls der Steuereinheit verschiebbar gehalten werden kann, so daß das Magazin 12 am Ende des Bearbeitungsvorganges dieselbe Höhe wie die Spindel 9 aufweist.

Die folgendeBeSchreibung bezieht sich auf die Fig. 3 bis 6, in welchen eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Greifers 26 und des Betätigungselements 27 dargestellt ist. Diese Ausführungsform ermöglicht die Erzielung einer Schwenkbewegung und Translationsbewegung des Werkzeugs 11, indem die Schwenkbewegung aus einer Translationsbewegung abgeleitet wird, um das Entfernen des Werkzeugs aus der Spindel zu erleichtern. Das Betätigungselement 27 besteht aus zwei Schlitten 36, 37* welche in Serie und parallel zur Achse 10 der Spindel 9 angeordnet sind. Der untere Schlitten 36 wird gemäß Fig. 4 und 6 entlang einer Führung 38 des Spindelträgers 8 geführt. Dieser untere Schlitten 8 trägt den Zylinder 39

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eines Schuborgans 4o, dessen Kolbenstange 4l gemäß Fig. j) und 4 mit einem vorderen Ansatz 42 des Spindelträgers 8 verbunden ist. Der Kolben 43 dieses Schuborgans 4o trennt den Zylinder gemäß Pig. 3 in zwei Kammern 44 und 45· Der obere Schlitten 37 wird gemäß Fig. 6 entlang einer Führung 46 des unteren Schlittens 36 geführt, wobei jedoch zu erwähnen sei, daß diese Führung ebenfalls auf dem Spindelträger 8 vorgesehen sein könnte. Dieser obere Schlitten 3f ist mit einem Schuborgan 49 verbunden, das gemäß Fig. 6 an dem unteren Schlitten angreift. Gemäß Fig. 3 und 4 ist ferner der untere Schlitten 36 mit einem Zylinder 48 des Schuborgans 47 verbunden, dessen Kolbenstange 49 mit einem hinteren Ansatz 50 des oberen Schlittens 37 verbunden ist. Der Kolben 51 des Schuborgans 47 trennt den Zylinder 48 in zwei Kammern 52 und 53·

Die Kammern 44 und 45 des Schuborgans 4o sowie die Kammern 52, 53 des Schuborgans 47 können wahlweise mit dem Verteiler eines nicht dargesteilteniiydraulischen Kreises verbunden werden, welcher zusätzlich einen Rücklaufkreis aufweist. Der Verteiler wird dabei von der bereits erwähnten Steuereinheit gesteuert.

Wie sich anhand der Fig. 4 bis 6 ergibt, ist der unbewegliche Greifarm 29 des Greifers 26 mit seitlichen Ansätzen 54 versehen,welche zwischen Backen 55 -und dem Schuborgan 47 angeordnet sind. Diese Backen 55 tragen Achsen 56, um welche die Ansätze 54 und demzufolge der Greifer 26 schwenkbar sind. Wie sich ferner anhand der Fig. 4 bis 6 ergibt, ist der unbewegliche Greifarm 29 des Greifers 26 mit zwei Ansätzen 57 versehen, welche zwischen den seitlichen Wandungen des unteren Schlittens 36 und des Schuborgans 4o angeordnet sind. Diese Ansätze 57 sind mit einer Rolle 58 versehen, welche in einer'Führungsnut 59 zum Abrollen gelangen, wobei diese Füh-

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rungsnut 59 innerhalb der Wandung des unteren Schlittens angeordnet ist. Diese besondere Ausbildung des Greifers 26 mit seiner Betätigung des unbeweglichen GieLfarmes 29 um die Achse 56 des oberen Schlittens 37 und die Führung der Rollen In den Rinnen 59 des unteren Schlittens 36 dient dazu, den Greifer 26 zu verschwenken, sobald der obere Schlitten 37 von dem Schuborgan·47 in bezug auf den unteren Schlitten 36 eine Translationsbewegung erhält, während das von dem Greifer gehaltene Werkzeug 11 in seiner vertikalen Position gehalten wird, solange die Translationsbewegung ausgeführt wird.

Die Achsen 56 liegen unterhalb der Rollen 58, solange sich der Greifer 26 in der in Fig. 3 dargestellten Warte position bzw. der in Fig. 4.dargestellten Entnahmeposition befindet, in welchen Positionen das Werkzeug 11 horizontal gehalten wird. Die Führungsnut 59 weist in ihrem vorderen Bereich einen nach oben gekrümmten bogenförmigen Bereich 60 auf, welcher die Schwenkbewegung hervorruft und einen parallel zur Achse der Spindel 9 verlaufenden geradlinigen Bereich 6l in welchem der Greifer 26 in vertikaler Richtung geführt ist.

Bezüglich des Greifers 26 zeigt die Fig. 4, daß der bewegliche Greifarm 30 eine zylindrische Stange ist,welche in einer Bohrung 62 des unbeweglichen Greifarms 29 geführt ist. Dieser Greif arm 30 ist mit dem bereits erwähnten/ 33> versehen, welcher durch eine Längsbohrung 63 ragt, so daß eine seitliche Verschwenkung verhindert ist. Der bewegliche Greifarm 30 wird durch einen Betätigungskolben 64 verlängert, welcher innerhalb eines Zylinders 65 gleitet, der Teil des unbeweglichen Greifarms 29 ist. Der Betätigungskolben 64 begrenzt innerhalb des Zylinders 65 eine Kammer 66, welche über eine Leitung 67, eine Drehdichtung 68 und ein nicht dargestelltes Leitungssystem mit dem bereits erwähnten Verteiler verbun den ist. Das unter Druck der Kammer 66 zugeführte hydraulische

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Medium bewirkt eine Schließung des Greifers 26, indem der bewegliche Ansatz 33 an den unbeweglichen Ansatz 31 angenähert wird. Der Kolben 64 steht auf seiner gegenüberliegenden Seite unter der Wirkung einer Feder 69, welche sich an dem unbeweglichen Greifarm 29 abstützt, wodurch eine Öffnung des Greifers 26 erreicht wird.

Der Betätigungskolben 64 arbeitet mit einem 'Verriegelungsmechanismus zusammen, welcher beim Schließen des Greifers 26 in Eingriff gelangt. Dieser Verriegelungsmechanismus ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Kugel 70 gebildet, welche innerhalb einer Bohrung 71 des Betätigungskolbens 64 angeordnet ist, wobei sie in radialer Richtung beweglich bleibt. Diese Kugel 70 kann in eine Ausnehmung 72 des unbeweglichen Greifarmes 29 eingreifen, wodurch der Kolben 64 verriegelt wird, sobald die Ansätze 3I und 33 aneinander angenähert sind. Die Kugel 70 kann jedoch ebenfalls in eine zweite Ausnehmung 73 eingreifen, welche zwischen einer Bohrung 74 des Kolbens 64 und einem rückgesetzten Teil eines Sekundärkolbens 75 liegt, der innerhalb dieser Bohrung 74 verschiebbar ist. Dieser Sekundärkolben 75 trennt die Bohrung 74 in zwei Kafflern 76 und 77. Während die Kammer 76 über eine Leitung 78 mit der Drehdiohtung 68 und einer entsprechenden Leitung mit dem bereits erwähnten. Verteiler verbunden ist, ist die Kammer 74 mit der Außenluft verbunden. Diese Kammer 74 enthält ferner eine Druckfeder 79, welche gegen den Kolben 75 drückt.

Sobald der Verteiler die Kammer 66 unter Druck setzt - was eine Schließung des Greife's 26 zur Folge hat - wird zur gleichen Zeit die Kammer 76 an den Rückführkreis geschaltet. Sobald der Kolben 64 in Richtung des Pfeiles F gleitet, drückt die Feder den Kolben 75 in der entgegengesetzten Richtung

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Die schiefe Fläche 8o dieses im Bereich der Ausnehmung 74 liegenden Kolbens 75 bewirkt, daß die Kugel 70 gegen den Kolben 75 geführt ist, wobei sie in die Ausnehmung 72 gelangt, sobald der Kolben 75 seine Endlage erreicht hat. Sobald der Kolben 75 nicht mehr von der Kugel 70 gehalten wird, gleitet er bis zur Verschließung der Bohrung 71* wodurch ein Zurückziehen der Kugel 70 und eine Entriegelung verhindert ist.

Sobald der Verteiler die Kammer J6 unter Druck setzt und die Kammer 66 in Verbindung mit dem Rückkreis bringt, erfolgt eine Öffnung des Greifers 26. Der Kolben 75 gleitet in entgegengesetzter Richtung des Pfeiles F und befreit die Kugel 70, während der Kolben 64 im wesentlichen nur unter dem Einfluß der Feder 69 steht. Der Kolben 64 bewirkt ein Zurückstoßen der Kugel in entgegengesetzter Richtung zu dem Pfeil F. Wegen der schiefen Ebene 8l der Ausnehmung 72 ergibt sich ein Zurückziehen der Kugel JO, welche somit aus der Ausnehmung 7.3 hervortritt. Der Kolben 64 kann somit gleiten und der bewegliche Ansatz 63 entfernt sich von dem unbeweglichen Ansatz J-I.

Ein Wechsel des Werkzeugs Il wird in folgender Weise durchgeführt:

Bei Beendigung eines Bearbeitungsvorgangs wird die Spindel 9 zum Stillstand gebracht und das bearbeitete Werkstück entfernt. Der Greifer 26 ist von dem Kragen 28 des Werkzeugs 11 abgehoben, während das Betätigungselement 27 sich in der in Fig. 3 dargestellten Position befindet. Die Steuereinheit steuert gleichzeitig die Drehung des Magazins 12, um die gewählte Ausnehmung 24s für das Einlegen des Werkzeugs 11 in die Ebene 10, l4 zu bringen, während gleichzeitig eine vertikale Ver-

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Schiebung des Spindelträgers 8 durchgeführt wird, um denselben auf die Höhe des,Magazins 12 zu bringen. Gleichzeitig mit diesen Verschiebungen bewirkt die Steuereinheit die Lösung des Werkzeugs 11, indem entweder eine Schraube in Drehung versetzt wird oder ein Greifer geöffnet wird, wobei diese Schraube bzw. dieser Greifer axial innerhalb der hohlen Spindel 9 angeordnet sind und auf den Befestigungsbereich 23 des Werkzeugs 11 wirken. Gleichzeitig wirkt die Steuereinheit auf den hydraulischen Verteiler ein, so daß der Greifer 2.6 den Kragen 28 des Werkzeugs 11 festhält. Sobald das Werkzeug 11 ergriffen worden ist, wird mit Hilfe der Steuereinheit der hydraulische Verteiler derart beeinflußt, daß das Betätigungselement 27 die in Verbindung mit Pig. 3 und 4 dargestellten Arbeitsschritte unternimmt.

Die Kammer 44 ist mit dem Druckkreis verbunden, während die Kammer 45 mit dem Rückführkreis verbunden ist. Die Kammern 52, 53 bleiben dabei abgetrennt. Das obere Schuborgan 4γ verbindet die beiden Schlitten 36, 37 miteinander, während das untere Schuborgan 4o beide Schlitten 36, 37 in Richtung des Pfeiles F verschiebt und der Greifer 26 in horizontaler Lage verbleibt. Das Werkzeug 11 wird somit gemäß Fig. 7 aus der Spindel gezogen.

Sobald die beiden Schlitten 36 und 37'bis zum Endanschlag gezogen worden sind,werden die Kammern 44, 45 abgetrennt, während die Kammer 52 mit dem Druckkreis und die Kammer 53 mit dem Rückführkreis verbunden werden. Der obere mit dem Schuborgan 47 verbundene Schlitten 37 verschiebt sich in der entgegengesetzt zum Pfeil F gerichteten Richtung, während der untere Schlitten 36 unbeweglich bleibt. Da die Rinnen 59 fixiert sind und die Achsen 56 nach rückwärts bewegt werden, schwenkt der Greifer 26 in Richtung des Pfeils F,, während seine Rollen 58 in dem gebogenen Bereich 60 der Rinnen 59 ab-

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rollen. Sobald die Rollen 58 den geradlinigen Bereich 6l der Rinnen 59 erreichen, befindet sich der Greifer 26 in vertikaler Position und wird in gerader Richtung bewegt. Während der Translationsbewegung nach rückwärts halten die Rollen 58 den Greifer 26 in vertikaler Position.

Sobald der obere Schlitten 37 bis zum Endanschlag gebracht worden ist, werden die Kammern 52, 53 abgetrennt, während die Kammer45 mit dem Druckkreis und die Kammer 44 mit dem Rückführkreis verbunden werden. Der untere Schlitten 36 verschiebt sich somit in der entgegengesetzt zum Pfeil P gerichteten Richtung und nimmt den oberen Schlitten 37 mit. Beim Erreichen des Endanschlages wird der Greifer 26 unter die Scheibe 13 des Magazins 12 gebracht, so daß dasein vertikaler Richtung gehaltene Werkzeug 11 in die gewählte Ausnehmung 24s gesetzt wird, wobei die Auflagefläche 21 des Werkzeugs auf dem Rand dieser Ausnehmung 24s zu liegen kommt.

Die Steuereinheit bewirkt daraufhin die Öffnung des Greifers 26. Gleichzeitig wird eine Drehung des Magazins 12 durchgeführt, wodurch eine andere Ausnehmung 24 mit einem Werkzeug 11 in die Ebene 10, 14 gebracht wird. Dabei kann der in offener Position sich befindliche Greifer 26 die Drehbewegung nicht stören. Anschließend erfolgt die Schließung des Greifers 26. Die Kammern 45, 46 des unteren Schuborgans 4o werden dann umgekehrt angeschlossen, worauf die Anschlüsse der Kammern 51* 52 des oberen Schuborgans 47 ebenfalls umgeschaltet werden, so daß zuerst eine Translationsbewegung des Greifers 26 in Richtung des Pfeils P und am Ende dieses Weges die Schwenkung des Greifers 26 in der dem Pfeil P₁ entgegengesetzten Richtung durchgeführt wird. Dabei führen die Führungsnuten 59 ihre bereits beschriebene Punktion in entgegengesetzter Richtung aus. Das von dem Greifer 26 gehaltene Werkzeug 11 befindet sich somit erneut in einer horizontalen Position vor der Spindel 9·

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Die Steuereinheit bewirkt daraufhin den Anschluß der Kammer 45 mit dem Druckkreis und der Kammer 44 mit dem Rückführkreis, während die Kammern 52, 53 isoliert sind. Dadurch werden die beiden Wagen ."36, 37 in der dem Pfeil P entgegengesetzten Richtung geführt. Der Befestigungsbereich 23 des Werkzeugs 11 gelangt somit in die Spindel 9 bis zum Anschlag. Die beiden Schlitten 36, 37 werden daraufhin zum Stillstand gebracht und die Kammern 54, 45 abgetrennt. Die Steuereinheit bewirkt daraufhin auf der einen Seite die Öffnung des Greifers 46, indem der bewegliche Ansatz 33 sich von dem Kragen 28 des Werkzeugs 11 entfernt, während gleichzeitig die Blockierschraube bzw. der Blockiergreifer innerhalb der Spindel 9 betätigt wird. Schließlich wird ebenfalls der unbewegliche Ansatz 31 des Greifers 26 von dem Kragen 28 entfernt. Der Zyklus eines Wechsels des Werkzeugs 11 ist somit abgeschlossen, so daß ein neuer Bearbeitungsvorgang durchgeführt werden kann.

In dem Fall, in welchem der horizontale Weg des Greifers 26 zwischen der Spindel 9 und dem Magazin 12 nicht lang genug ist und in dem Fall, in welchem die Extraktion des Werkzeugs 11 aus der Spindel 9 durch einfache Schwenkung erreicht werden kann, kann der untere Schlitten 36 und sein Schuborgan 4o eliminiert werden. In diesem Fall werden die Führungsnuten 59 an einem mit dem Spindelträger 8 verbundenen Organ angeordnet, wobei dieses Organ ebenfalls zur Führung des oberen Schlittens 37 und die Fixierung des Schuborgans 47 verwendet werden kann. Die Translationsbewegung nach vorne vor der Schwenkbewegung des Greifers wird in diesem Fall nicht durchgeführt.

Aus dem vorangegangenen ergibt sich, daß es im Rahmen der vorliegenden Erfindung wesentlich ist, daß der Greifer in der Warteposition den Kragen /26 in der Spindel 9 befestigten Werkzeugs 11 von beiden Seiten, umschließt. Es er-

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scheint ferner wichtig, durch das Magazin 12 bei vorgegebener Speicherkapazität gegebene Störungen soweit wie möglich zu vermeiden bzw. die Kapazität des Magazins zu erhöhen.

Der Kragen 28 ist demzufolge gemäß Fig. 8 entlang seiner zwei Seiten 82 parallel und in gleichen Abständen zur Ebene 10, I²J- abgeschnitten, so daß die Seite 1 des Kragens mehr oder weniger dem Durchmesser d der Anlagefläche 21 entspricht. Der Abstand der einzelnen Werkzeuge innerhalb des Mafrazins kann somit im wesentlichen auf den Abstand d zurückgebracht werden, während der Außendurchmesser D des Kragens wesentlich größer ist, so daß das Werkzeug 11 sehr gut von dem Greifer 26 ergriffen werden kann. Da jedoch der Greifer 26 den Kragen 28 umfaßt und während des Drehens des Werkzeugs 11 an Ort und Stelle verbleibt, ergibt sich eine Scherwirkung zwischen den Rändern des sich drehenden Kragens 28 und den Rändern 83 der Ansätze ~$l und 33 des Greifers 26. Die von dem Werkzeug erzeugten Späne können somit in diesen Bereich gelangen, wobei die Gefahr besteht, daß sie abgeschnitten und zwischen dem Greifer 26 und dem Kragen 28 festgeklemmt werden. Es besteht somit die Gefahr, daß diese Elemente 26, 28 beschädigt werden und daß ein Teil dieser Späne an dem Werkzeug verbleibt, wodurch später das Einsetzen in das Magazin 12 erschwert wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist eine in Fig. 7 bis 10 dargestellte Schutzeinrichtung gegen diese Späne vorvorgesehen. Diese Schutzeinrichtung besteht im wesentlichen aus einer an jedem Werkzeug 11 vorgesehenen Hauptplatte 84, welche der Kontur des Kragens 28 entspricht. Sie ist von demselben in einem gewissen Abstand angeordnet, wodurch sich ein Spalt 82 bildet, in welchem der Ansatz 33 des Greifers 26 hineingreift, sobald sich das Werkzeug 11 um seine Achse dreht. Die Schutzeinrichtung besteht ferner aus zwei Sekundärplatten

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86, welche auf der Spindel 9 außerhalb des Befestigungsbereiches 2."5- angeordnet sind. Wenn nun ein Werkzeug 11 innerhalb der Spindel '9 eingesetzt wird, gelangen diese Sekundärplatten 86 in dieselbe Ebene wie die Hauptplatte 84, wodurch sich eine kreisförmige Scheibe ergibt, welche den Kragen 28 des Werkzeugs 11 und die Ansätze Jl und J3> des Greifers 26 abdeckt. Die Schutzeinrichtung 84 - 86 hält somit die Späne ab, so daß sie nicht in den Greifer 26 und an den Kragen 28 gelangen können.

Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Primärplatte 84 auf einem ringförmigen Ansatz 87 des Kragens 28 zentriert und mit Hilfe einer durch eine gebohrte Bohrung und eine Gewindebohrung 89 hindurchragende Schraube fixiert. Der Kragen 28 ist auf einem zylindrischen Teil 90 des Werkzeugs 11 aufgesetzt, mit Hilfe von Stiften "91 drehfest mit denselben verbunden und mittels eines Spreng-, rings 92 in axialer Richtung gehalten. Die Sekundärplatten 28 sind hingegen einstückig mit-zylindrischen Sektoren 93 ausgebildet, welche gegen einen zylindrischen Ansatz 94 der Spindel 9 anliegen und mit Hilfe einer Schraube 95 befestigt sind. Der zylindrische Ansatz 9^ ist mit Leisten 96 versehen, .um die Drehung des Werkzeugs 11 zu übertragen, wobei diese · Leisten 96 mit radialen Rinnen 97 des Kragens 28 zusammenwirken.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere in Verbindung mit automatischen oder halbautomatischen Werkzeugmaschinen anwendbar, welche wenigstens eine Spindel 9 aufweisen, die in horizontaler Richtung ausgerichtet ist. Ferner ist die vorliegende Erfindung insbesondere bei Maschinen verwendbar, welche .'eine automatische Steuereinheit aufweisen.

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Claims

PatentansDrUche

(l·/ ■ Werkzeugwechseleinrichtung zum automatischen Wechsel von Werkzeugen bei Werkzeugmaschinen mit einer im wesentlichen horizontal verlaufenden Spindel, dadurch gekennzeichnet-, daß die einzelnen Werkzeuge (11) zwischen ihrem Bearbeitungsbereich (22) und ihrem Befestigungsbereich (23) einen auf der Seite abgeschnittenen Kragen (28) aufweisen, ferner daß der Transfermechanismus zwischen der Spindel (9) und dem Magazin (12) einen Greifer (26) aufweist, dessen Greifarme (22, 30) wenigstens so breit wie die Kragen (28) der Werkzeuge (11) sind, wobei der Greifer (26) bei eingespanntem Werkzeug (11) in der· Spindel (9) den Kragen (28) des Werkzeugs (ll) in der Warteposition umschließt, und daß jedes VJerkzeug (11) mit einer der Form des Kragens (28) angepaßten Hauptplatte (84) versehen ist, Vielehe einen Spalt (85) ergeben, während die Spindel (9) mit zwei Sekundärplatten (86) versehen ist, welche bei eingespanntem Werkzeug (11) in der Spindel (9) in derselben Ebene wie die Hauptplatte (84) liegen und eine Schutzeinrichtung (84 bis 86) ergeben, die das Eindringen von Spänen zwischen den Kragen (28) und den Greifarmen(29, 30) des Greifers (26) verhindert.
2. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magazin (12) mit einer Scheibe (13) mit Ausnehmungen (24) für die vertikale Anordnung ■der Werkzeuge (11) versehen ist, und daß der Wechselmechanist.iUS wenigstens ein verschiebbares Element (36, 37) aufweist, welches parallel zur Spindel (9) entlang des Spindelträgers (8) verschiebbar ist und welches mit einem eine translatorische Bewegung hervorrufenden Schuborgan (4o, 47) versehen ist, das den schwenkbar angeordneten Greifer (26) entlang

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des verschiebbaren Elements (36, 37) verschiebt und mit Hilfe eines Schwenkmechanismus um eine zur Verschiebungsrichtung senkrecht stehende Achse verschwenkt.
3· Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwenkmechanismus ein führendes und ein geführtes Element aufweist, und daß eines dieser Elemente von dem verschiebbaren Element (36, 37) und das andere von einem Träger geführt ist, ferner daß das Führungselement in der Nähe der Spindel (9) eine Führungsnut aufweist, deren gekrümmter Bereich die Translationsbewegung des verschiebbaren Elements (.36, 35) in eine Schwenkbewegung des Greifers (26) umwandelt, während der gerade Bereich bei Verschiebung in Richtung des Magazins (12) den Greifer (26) mit dem ergriffenen Werkzeug (11) vertikal hält.
4. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein zweites verschiebbares Element (36) ist, welches parallel zum ersten verschiebbaren Element (37) entlang einer Nut (59) verschiebbar ist, das an einer Führung des Spindelträgers (8) befestigt ist, wobei dieses zweite verschiebbare Element (36) ebenfalls mit einem translatorische Bewegungen durchführenden Schuborgan (47) verbunden ist.
5. Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bewegliche Greifarrn des Greifers mit einem Betätigungszylinder verbunden ist, welcher verschiebbar in einem Zylinder angeordnet ist, und teilweise dem Einfluß einer Feder zur öffnung des Greifers und dem Einfluß eines Druckmediums zur Schließung desselben ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungs-

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zylinder eine Bohrung begrenzt, in welcher ein Sekundärkolben verschiebbar angeordnet ist, ferner daß dieser Betätigungskolben in Abhängigkeit eines verschiebbaren Riegelmechanismus gehalten ist, welcher wahlweise in einer öffnung des Sekundärkolbens oder des Zylinders am Totpunkt fixiert ist, und daß diese Ausnehmungen durch ein schräg angeordnetes Element begrenzt ist,· um die Li. sung dieses Verriegelungselementes (70) zu bewirken, daß dieser Sekundärkolben entgegengesetzten Kräften einer Druckfeder zur Verriegelung des Betätigungskolbens in Jc^ Sndposiuioii unter dem Einfluß eines Druckmediums zur Entriegelung des Betätigungskolbens ausgesetzt ist, und daß die Kammer des Zylinders über Leitungen mit einem Druckmedium verbunden ist.
6. Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der unbewegliche Greifarm (29) des Greifers (26) von einem ersten verschiebbaren Element gehalten ist, und einen Ansatz aufweist, welcher mit der vorderen Fläche des Kragens (28) des Werkzeugs (11) zusammenarbeitet, während der Ansatz des beweglichen Greifarms (30) des Greifers (26) eine Ausnehmung in Form eines V aufweist, welche mit einer entsprechenden Rinne zusammenwirkt, die an der vorderen Fläche des Kragens (26) des Werkzeugs (11) vorhanden ist.

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