DE3108071C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen, insbesondere für digital gesteuerte Koordinaten- Werkzeugmaschinen, mit einem an der Spindel der Werkzeug­ maschine befestigten Haupthalter für Werkzeuge tragende Arbeitsansätze und mit einem Werkzeugspeicher.

Diese aus der DE-AS 14 27 008 bekannt gewordene Vorrichtung weist ein in der Werkzeugspindel befindliche Klemm- und Greifvorrichtung auf, mit der Arbeitsansätze, die Werkzeuge tragen, aus einem neben der Werkzeugmaschine befindlichen Werkzeugspeicher entnommen werden können und an der Werk­ zeugspindel befestigt werden können. Der jeweils aus dem Werkzeugspeicher entnommene Arbeitsansatz weist dabei einen Nutenkeil auf, um jeden Arbeitsansatz immer wieder mit großer Genauigkeit in der gleichen Stellung spannen zu können.

Diese bekannte Vorrichtung kann wegen der Unterbringung der Teile der Klemm- und Greifvorrichtung in der Werkzeugspindel keine Zusatzanordnungen, wie z. B. die Zufuhr eines Kühl- oder Schmiermittels an die Werkzeuge und Werkstücke in der Spindel mehr aufweisen, auch nicht Arbeitsmittel für eine Bewegung von Werkzeugteilen während des Arbeitsvorganges, die in der Spindel geführt und gelagert sind. Vielmehr muß in der Spindel ein nicht unkompliziertes Betätigungssystem für die Klemm- und Greifvorrichtung untergebracht sein. Dabei muß die Spindel für die Vornahme der Abstellvorgänge ebenso wie für die Durchführung der Aufnahmevorgänge der Werkzeuge sehr exakt auf bestimmte Winkelwerte ein­ stellbar sein, es können darüber hinaus nicht so einfache Befestigungselemente wie Gewinde für die Befestigung der Arbeitsansätze an der Spindel verwendet werden.

Die Verwendung von Gewinden für die Befestigung von Ar­ beitsansätzen an Spindeln ist weit verbreitet und z. B. in der US-PS 29 17 975 beschrieben. Der hier gezeigte, an der Spindel einer Werkzeugmaschine anzubringende Haupt­ halter weist zwei mit gegenläufigem Steigungssinn herge­ stellte Gewinde auf, von denen das eine den Arbeitsansatz bzw. das Werkzeug aufnimmt, während das andere Gewinde eine Sicherungsmutter trägt. Der Werkzeugwechsel muß hier von Hand erfolgen.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfach aufgebaute Vor­ richtung zu schaffen, die bei hoher Einfachheit und Verläßlich­ keit die Werkzeuge durch einfaches Drehen der Spindel wechselt.

Die Erfindung besteht darin, daß ein Arbeitsansatz mit inne­ rem oder äußerem Spanngewinde verwendet wird, daß der Arbeits­ ansatz konzentrisch zu dem Spanngewinde zusätzlich ein Abstell­ gewinde besitzt, welches einen zum Spanngewinde gegenläufigen Steigungssinn aufweist, und daß am Haupthalter ein zum Spann­ gewinde des Werkzeuges korrespondierendes Spanngewinde sowie im Werkzeugspeicher ein mit dem Abstellgewinde korrespondie­ rendes Abstellgewinde vorgesehen ist.

Durch diese Anordnung ist es möglich, den Werkzeugwechsel in höchst einfacher Weise vorzunehmen: Soll ein am Haupt­ halter befindlicher Arbeitsansatz im Werkzeugspeicher ab­ gelegt werden, so wird die Werkzeugspindel in dem Drehsinn gedreht, der erforderlich ist, um das Abstellgewinde in das entsprechende Gewinde des Werkzeugspeichers einzudrehen. Ist dieses Abstellgewinde voll in das entsprechende Gewinde des Werkzeugspeichers eingeschraubt, löst sich von selbst ohne Änderung des Drehsinns und ohne Unterbrechung des Drehvor­ ganges die Gewindeverbindung zwischen Arbeitsansatz und Haupthalter. Wird dann ein anderes Werkzeug aus dem Werk­ zeugspeicher benötigt, wird das Gewinde des Haupthalters mit umgekehrtem Drehsinn in das Gewinde des betreffenden Arbeitsansatzes eingedreht und ohne Wechsel der Drehrich­ tung und ohne Unterbrechung der Drehbewegung wird nach dem Einschrauben des Haupthalters in den Arbeitsansatz der Ar­ beitsansatz aus dem Werkzeugspeicher gelöst.

Es ist für die Genauigkeit und Steifheit der Verbindung vorteilhaft, wenn am Arbeitsansatz, am Haupthalter und am Vorratsbehälter zylindrische oder konische Zentrierflächen vorgesehen sind.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn am Vorratsbehälter der Ar­ beitsansätze eine nicht drehbare, axial abgefederte Muffe mit Abstellgewinde angeordnet ist.

Durch Verlassen der Konzeption eines von Hand ausgeführten Wechselns der Werkzeuge an digital gesteuerten Werkzeugma­ schinen gelangte man zu dem überraschenden Ergebnis einer Lösung, die das Vorhandensein der Spindel der Werkzeugmaschine ausnützt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen wechselt auf einfache Weise selbsttätig verschiedene Arbeitsansätze am Haupthalter, der an der Spindel der Werkzeugmaschine befestigt ist. Beim Aufsuchen, Wechseln und Einspannen von Arbeitsansätzen ist die Gegenwart einer Bedienungsperson nicht mehr nötig. Das Wechseln wird ohne das Ausführen anderer Arbeitsbewegungen ausgeführt und wird lediglich durch programmierte Bewegungen der Spindel und durch den programmierten Drehsinn der Spindel der Werkzeugmaschine gesteuert. Die Informations­ elemente für ein Wechseln der Arbeitsansätze haben den gleichen Charakter wie die Informationselemente für das Be­ arbeiten. Deswegen entfallen die derzeit verwendeten Systeme, die ein selbsttätiges Wechseln von Werkzeugen steuern. Die Erfindung ersetzt alle Aktionselemente und Manipulatoren, die das derzeit verwendete selbsttätige Wechseln von Werk­ zeugen ausführen, wodurch eine hohe Einfachheit und Ver­ läßlichkeit erzielt wird. Die Gewindeverbindung und konische oder zylindrische Zentrierflächen sichern ein genaues und starres Einspannen des Arbeitsansatzes am Haupthalter, das in der Lage ist, alle Schneidekräfte zu übertragen. Gleich­ zeitig wird der Innenraum des Haupthalters und ebenso der Spindel für weitere Mechanismen und Anordnungen freige­ lassen. Die Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen ermöglicht es, an einer Typenabmessung des Haupthalters Arbeitsansätze für einen großen Durchmesser­ bereich einzustellen. Weiter ist es möglich, schnell und ge­ nau eine große Zahl von Werkzeugtypen und - falls nötig - auch von Verlängerungselementen und Reduktionen zu verwenden. Das Verbindungssystem von Gewindeverbindungen und eines ge­ nauen Zentrierkegels oder Bolzens ermöglicht mittels univer­ saler Reduzierungen bei unterschiedlicher Ausführung der Werk­ zeughalter ein Austauschen und darüber hinaus die Möglichkeit, selbsttätig ein Werkzeug mittels einiger Gewindeverbindungen verschiedener Größe zusammenzu­ stellen. Durch Austauschen des Haupthalters ist es möglich, das ganze System von Arbeitsansätzen der vorliegenden Er­ findung an allen Spindelsystemen von Werkzeugmaschinen in einem weiten Bereich anzuwenden. Die Erfindung kann auch bei bestehenden Werkzeugen Anwendung finden, denn es ist nicht nötig, die Abmessungen der Hohl­ räume der Spindeln und Werkzeugschäfte zu ändern. Der Ge­ windeansatz kann an bestehenden, üblich verwendeten Werk­ zeugschäften befestigt werden. Der maximale Durchmesser der Werkzeuge, insbesondere von Fräsern, wird nicht durch den Durchmesser der Abstellgewinde beschränkt. Bei Bearbeitungs­ zentren, bei denen die maximale Länge des Werkzeuges be­ schränkt ist, ist es möglich, bei Anwendung dieser Erfin­ dung die Werkzeuglänge selbsttätig zu verlängern, falls im Werkzeugspeicher ein Haupthalter vorgesehen ist. Eine Verein­ fachung des ganzen Einspannsystems kommt zustande, wenn der Haupthalter durch die Spindel der Werkzeugmaschine gebildet wird. Durch den Haupthalter oder direkt durch die Spindel ist es möglich, auf einfache Weise die Kühlflüssigkeit zu­ zuführen. Mittels dieser Vorrichtung können bei hohen Schnitt­ leistungen auch von der Spindel abgewandte Seiten von Lö­ chern bearbeitet werden. Der Arbeitsansatz und der Werkzeugspeicher sind in diesen Fällen vor der abgewandten Seite des Werkstückes angeordnet.

Die Erfindung ändert bestehende Kategorien digital gesteuer­ ter Werkzeugmaschinen, denn unter Anwendung der Erfindung ist es möglich, jede digital gesteuerte Koordinatenmaschine als Bearbeitungszentrum auszunützen, das durch selbsttätiges Wechseln von Werkzeugen charakterisiert ist.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Werkzeugspeichers näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführung eines Arbeitsansatzes mit einem Werkzeug mit kleinerem Durchmesser als der Durchmesser des Abstellgewindes im Werkzeugspeicher vor dem Wechseln am Haupthalter,

Fig. 2 einen Arbeitsansatz mit einem Werkzeug mit größerem Durchmesser als der Durchmesser des Ab­ stellgewindes,

Fig. 3 zwei Alternativen von Gewindeschäften von Arbeitsan­ sätzen,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform unter Verwendung eines üblichen Werkzeuges, an welchem ein Gewindeansatz ange­ ordnet ist und bei dem die Spindel der Werkzeugmaschine den Haupthalter bildet,

Fig. 5, 6, 7 ein weiteres Beispiel einer Ausführung der Erfindung, und

Fig. 8, 9, 10 eine Vorrichtung für das Bear­ beiten einer von der Spindel der Werkzeugmaschine abgewandten Seite eines Werkstückes.

Die Vorrichtung mit einer Möglichkeit des selbsttätigen Wechselns verschiedener Arbeitsansätze besteht aus einem Arbeitsansatz 1, der in einem Werkzeugspeicher 3 angeordnet ist. Der Arbeitsansatz 1 besitzt ein Spanngewinde 11 und konzen­ trisch dazu ein Abstellgewinde 12 mit einem Steigungssinn, der entgegengesetzt zum Steigungssinn des Spanngewindes 11 ver­ läuft. Gegenüber dem Spanngewinde 11 des Arbeitsansatzes 1 ist ein Spanngewinde 21 des Haupthalters 2 vorgesehen, welcher an der Spindel der Werkzeugmaschine befestigt ist. Gegenüber dem Abstellgewinde 12 des Arbeitsansatzes 1 ist ein Abstell­ gewinde 31 im Werkzeugspeicher 3 ausge­ führt. Es ist vorteilhaft, wenn die Gewinde 11, 12, 21, 31 durch eine selbsthemmende schraubenförmige Nut gebildet wer­ den (Fig. 4).

Der Arbeitsansatz 1 wird durch konische oder auch zylindrische Zentrierflächen 111, 121, 211, 311 zentriert. Es ist vorteilhaft im Werkzeugspeicher 3 eine radial gesicher­ te Muffe 32 mit einem Abstellgewinde 31 auszuführen, die axi­ al durch eine Feder 33 abgefedert ist.

Zum Befestigen etwaiger Verunreinigungen zwischen den Gewinden 12, 31 und den Zentrierflächen 121, 311 sind am Abstellgewinde 12 und an der Zentrierfläche 121 Nuten 4 ausgeführt. Die Vorrichtung kann dadurch vereinfacht werden, daß der Haupthalter 2 direkt durch die Spindel der Werkzeugmaschine gebildet wird.

Die Erfindung kann auch an üblichen Werkzeugsystemen dadurch An­ wendung finden, daß das Spanngewinde 11 und das Abstellge­ winde 12 an einer Muffe vorgesehen sind, die an einem üblich verwendeten Werkzeugschaft befestigt ist (Fig. 4). Die von der Spindel der Werkzeugmaschine abgewandte Seite des Werkstückes kann auch mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbei­ tet werden, wenn der Arbeitsansatz 1 und der Werkzeugspeicher 3 vor der abgewandten Seite 61 des Werkstückes 6 angeordnet sind (Fig. 8, 9, 10). Der Arbeitsansatz 1 kann auch durch ein Werk­ zeug gebildet werden, oder durch eine Muffe, aber auch durch eine Verlängerung oder Reduzierung zum Befestigen eines üblichen Werkzeuges.

Der Werkzeugspeicher 3 kann so aus­ geführt werden, daß er die Arbeitsfläche der Werkzeugmaschine nicht beeinträchtigt, was allerdings diese Erfindung nicht löst. Der Arbeitsansatz 1 kann nach Einschrauben im Werkzeugspeicher 3 oder Haupthalter 2 einen Schalter steuern, der den weiteren Ablauf des Programms einleitet. Diese Anordnung ist in den Zeichnungen nicht dargestellt, wo auch ein mögliches Reinigen der Gewinde und Zentrierflächen durch Abblasen und allfälliges Schützen dieser Teile durch einen zusammendrückbaren, verschiebbaren Deckel nicht darge­ stellt sind. Die Erfindung ermöglicht es, den Arbeitsansatz aus mehreren Teilen zusammenzustellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet derart, daß der Haupthalter 2 mit dem Spanngewinde 21, der an der Spindel der Werkzeugmaschine befestigt ist, oder insbesondere bei digital gesteuerten Koordinaten-Werkzeugmaschinen durch die Spindel selbst gebildet wird, sich selbsttätig gegenüber den Koordinaten des Arbeitsansatzes 1, der im Werkzeugspeicher 3 angeordnet ist, einstellt. Beim Drehen des Haupt­ halters 2 im Arbeitssinn kommt es zu einem Einschrauben der Spanngewinde 11, 21. Bei unverändertem Drehsinn wird fort­ laufend ein Herausschrauben der Abstellgewinde 12, 31 er­ zielt, wodurch der Arbeitsansatz 1 vom Werkzeugspeicher 3 ge­ trennt wird. Der Arbeitsansatz 1 führt unter ungeändertem, das heißt unter Arbeitsdrehsinn im selbsttätigen Arbeitszyklus den Arbeitsvorgang durch. Nach Beendigen dieses Vorganges wird der Haupthalter 2 mit dem Arbeitsansatz 1 selbst­ tätig gegenüber den Koordinaten des Abstellgewindes 31 im Werkzeugspeicher 3 eingestellt und durch Umkehrung des Drehsinnes des Haupthalters 2 wird durch analogen Vorgang ein Übergeben des Arbeitsansatzes 1 an den Werkzeugspeicher 3 ausgeführt. Im Steuerprogramm ist es möglich, den Wechsel der einzelnen Arbeitsansätze algorythmisch zu programmieren und das eigentliche Wechseln, soweit dies die Type des Arbeits­ ansatzes 1 erlaubt, durch axiales Andrücken der abgefederten Muffe 32 des Werkzeugspeichers 3 für eine Gewindelänge auszuführen und dann lediglich durch Drehen im betreffenden Sinn das Wechseln der Arbeitsansätze durchzuführen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann außer an programm­ gesteuerten Werkzeugmaschinen auch vorteilhaft an üblichen Bohr-, Fräs- und Ausbohrmaschinen Anwendung finden, wo ein Wechseln von Werkzeugen wegen ihres hohen Gewichtes schwierig ist. Es ist auch vorteilhaft, diese Vorrichtung an Bearbeitungs­ zentren für Werkzeuge zu benützen, die wegen ihrer großen Abmessungen nicht in Werkzeugspeichern angeordnet werden können, oder falls es nötig ist, das Werkstück und das Werkzeug beim Bearbeiten zu kühlen und das Kühlmedium nicht durch die Spindel der Werkzeugmaschine zu­ geleitet werden kann.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen,
insbesondere für digital gesteuerte Koordinaten-Werkzeug­ maschinen,
mit einem an der Spindel der Werkzeugmaschine befestigten Haupthalter für Werkzeuge tragende Arbeitsansätze und
mit einem Werkzeugspeicher, dadurch gekennzeichnet,
daß der Arbeitsansatz (1) ein inneres oder äußeres Spann­ gewinde (1) aufweist,
daß der Arbeitsansatz (1) konzentrisch zu dem Spanngewin­ de (11) zusätzlich ein Abstellgewinde (12) besitzt, welches einen zum Spanngewinde (11) gegenläufigen Steigungs­ sinn aufweist, und
daß am Haupthalter (2) ein zum Spanngewinde (11) des Werkzeuges (1) korrespondierendes Spanngewinde (21) sowie im Werkzeugspeicher (3) ein mit dem Abstellgewinde (12) korrespon­ dierendes Abstellgewinde (31) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Arbeitsansatz (1), am Hauptzylinder (2) und im Werk­ zeugspeicher (3) konisch oder zylindrische Zentrierflächen (111, 121, 211, 311) ausgeführt sind.

3. Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkzeugspeicher (3) eine radial gesicherte Muffe (32) mit einem Abstellgewinde (31) ausgebildet ist, die axial durch eine Feder (33) abge­ federt ist.

4. Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gewinden (11, 12, 21, 31) oder auch an Zentrier­ flächen (111, 121, 211, 311) Nuten (4) ausgeführt sind.

5. Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupthalter (2) durch die Spindel der Werkzeugmaschine gebildet wird.

6. Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spanngewinde (11) und ein Abstellgewinde (12) an einer Muffe ausgeführt ist, die an einem üblich verwendeten Werkzeugschaft befestigt ist.

7. Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Bearbeiten der von der Spindel der Werkzeug­ maschine abgewandten Seite des Werkstückes der Arbeitsansatz (1) und der Werkzeugspeicher (3) vor der entlegenen Seite des Werkstückes angeordnet sind.

8. Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsansatz (1) durch das Werkzeug gebildet wird.

9. Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsansatz (1) durch eine Muffe, eine Verlängerung, oder auch durch eine Reduzierung zum Befestigen des Werkzeuges gebildet wird.