DE3703475A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, in der einem Werkzeugmagazin selektiv eine Vielzahl von Werkzeugen entnommen werden kann, um ein Werkstück zu bearbeiten. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 3 und 6 beschriebene Erfindung gelöst.

Eine herkömmliche Werkzeugmaschine dieser Art ist häufig mit einer automatischen Wechselvorrichtung für Werkzeuge ausgerüstet, in der ein scheibenförmiges Werkzeugmagazin mit einer Anzahl von in radialer Richtung angeordneten Werkzeugen drehbar auf einer Spindel befestigt ist, und zur Positionierung eines gewünschten Werkzeuges gedreht wird. Bei einer derartigen Werkzeugmaschine erfolgt das Wechseln des Werkzeuges in folgender Weise: Der Spindelkopf hält das Werkzeugmagazin in dem automatischen Austauschbereich, der oberhalb des Bearbeitungsbereichs des Spindelkopfs liegt, und anschließend wird der Spindelkopf bezüglich des Werkzeugmagazins in eine Lage gebracht, in der die Werkzeuge im Magazin den Spindelkopf nicht mehr stören. Das Werkzeugmagazin wird dann gedreht, um ein gewünschtes Werkzeug auszuwählen, und der Spindelkopf bewegt, um dieses Werkzeug an der Spindel zu befestigen.

In einer derartigen Werkzeugmaschine wird üblicherweise auf dem Werkzeugmagazin eine Befestigungsvorrichtung für Werkzeuge vorgesehen, in der die Werkzeuge abnehmbar untergebracht sind. In einem Beispiel einer herkömmlichen Haltevorrichtung für Werkzeuge sind in vorbestimmten Abständen auf dem Umfang des Werkzeugmagazins Paare von Fingern linear, kreisbogenförmig oder radial angeordnet. Jedes Fingerpaar ist so gehaltert, daß es um eine Achse gedreht werden kann, die parallel zur Achse eines von den Fingern gehaltenen Werkstückes liegt. Die Finger werden durch Federn oder dergleichen in der Position betätigt, in der sie diametral einem Werkzeug gegenüberliegen. Auf diese Weise wird das Werkzeug in einer Richtung gehalten, die senkrecht zu seiner Achse liegt, und die Finger werden in entgegengesetzter Richtung gedreht, um das Werkzeug freizugeben. Beispielsweise beschreibt die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 155338/1985 ein Werkzeugmagazin mit einer Vielzahl von in radialer Richtung angeordneten Werkzeugen, das zur Positionierung eines gewünschten Werkzeuges gedreht wird. Nachdem das gewünschte Werkzeug mit der Spindel verbunden ist, wird das zur Halterung des Werkzeuges verwendete Paar von Fingern durch einen Kurbelmechanismus in horizontaler Richtung gedreht, um das Werkzeug freizugeben. Anschließend wird der die Spindel halternde Spindelkopf in senkrechter Richtung durch den Abstand zwischen den Fingern bewegt, um das Werkstück zu bearbeiten.

In einer Werkzeugmaschine dieses Typs weist ein herkömmliches Paar von Fingern eine Halteposition für das Werkzeug auf, in der die Finger gegen das Werkzeug gedrückt werden, und außerdem eine Freigabeposition für das Werkzeug, in der die Finger von dem Werkzeug weggeführt werden. Wenn das Werkzeug ersetzt werden soll, öffnet daher die Bedienungsperson direkt die Haltefinger, um das Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin zu entnehmen.

Einer Werkzeugmaschine der oben beschriebenen Art sind einige Probleme eigen. Beispielsweise wird der Werkzeugwechsel in typischer Weise dadurch ausgeführt, daß der Spindelkopf bezüglich des Werkzeugmagazins bewegt wird, der in einer vorbestimmten Position festgehalten ist. Die Länge der Bewegung des Spindelkopfes ist daher notwendigerweise groß, d.h., der Hub des Spindelkopfes ist lang. Der Raumbedarf für diese Werkzeugmaschine entspricht daher der Bewegungslänge des Spindelkopfes und die Abmessungen der Maschine werden groß. Außerdem erfordert der Werkzeugwechsel eine relativ lange Zeit und senkt daher die Wirtschaftlichkeit der Werkzeugmaschine.

In einer Werkzeugmaschine der oben beschriebenen Art, in der die Fingerpaare jeweils in entgegengesetzten Richtungen senkrecht zur Achse des Werkzeugs bewegt werden, nimmt die Größe des Spindelkopfes zu, wenn der Öffnungswinkel der Finger vergrößert werden soll. Die Finger müssen dabei länger ausgestaltet und weiter vom Spindelkopf entfernt angeordnet werden. Das kann zu Schwierigkeiten führen, wenn benachbarte Fingerpaare sich gegenseitig stören. Dies führt zu einer Werkzeugmaschine mit größeren Abmessungen.

Ein weiteres Problem, das bei der oben beschriebenen Werkzeugmaschine auftritt, besteht darin, daß das Bedienungspersonal die Haltefinger manuell öffnen muß, um das Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin zu entnehmen. Dabei besteht die Gefahr, daß sich das Bedienungspersonal bei der Entnahme des Werkzeugs die Hände zwischen Werkzeug und Haltefingern einklemmt und sich dadurch verletzt. Des weiteren benötigt das Bedienungspersonal Zeit und Kraft, um das Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin zu entnehmen.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die oben beschriebenen Schwierigkeiten herkömmlicher Werkzeugmaschinen mit einem Werkzeugmagazin vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

In der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Spindel, an deren einem Ende eine Werkzeughalterung angebracht ist, drehbar auf einem Hauptspindelkopf angeordnet. Der Spindelkopf ist bezüglich des Rahmens der Werkzeugmaschine in axialer Richtung der Hauptspindel hin- und herbewegbar. In der Werkzeughalterung der Hauptspindel ist ein Halteelement für Werkzeuge angebracht. Automatische Vorrichtungen sind vorgesehen, um ein Werkzeug zu wechseln, das in dem Werkzeughalteelement gehaltert ist. An dem Rahmen der Werkzeugmaschine ist eine Werkzeughalterung befestigt, die in axialer Richtung der Hauptspindel und unabhängig von dieser bewegt werden kann. Auf dem Rahmen der Werkzeugmaschine ist ein Werkzeugmagazin so befestigt, daß es in axialer Richtung der Hauptspindel - und zwar unabhängig von dieser - gedreht werden kann. Ein Werkzeugmagazin ist drehbar auf dem Werkzeughalter gelagert und axial mit diesem bewegbar. Das Werkzeugmagazin weist auf seinem Umfang eine Vielzahl von im gegenseitigen Abstand angeordneten Werkzeughalterungen auf, wobei jede der Werkzeughalterungen ein abnehmbares Werkzeug aufnehmen kann. Das Werkzeugmagazin positioniert eine ausgewählte Werkzeughalterung bezüglich der Hauptspindel in axiale Ausrichtung und aus dieser heraus. Eine erste Nocken- und Kurbelvorrichtung verbindet den Kopf der Hauptspindel, den Rahmen und den Werkzeugträger, um den Werkzeugträger zusammen mit dem Kopf der Hauptspindel während einer "Doppelbetätigungs"-Bewegung des Kopfs der Hauptspindel zu bewegen. Die erste Nocken­ und Kurbelvorrichtung bewegt außerdem den Werkzeugträger und den Kopf der Hauptspindel während der "Doppelbetätigungs"-Bewegung um einen vorbestimmten Abstand voneinander weg. Ein zweiter Nocken- und Kurbelmechanismus verbindet den Kopf der Hauptspindel und den Rahmen, um während eines ausgewählten Teils der "Doppelbetätigungs"-Bewegung das Werkzeug von dem Werkzeughalteelement zu lösen. Der Spindelkopf kann in axialer Richtung unter eine feste Position gebracht werden, um die Bearbeitungsfunktionen durchzuführen, während der Werkzeugträger daran gehindert wird, sich unter die feste, axiale Position zu bewegen. Auf diese Weise wird eine Störung des Werkstückes während der Bearbeitung durch den Werkzeugträger und das Werkzeugmagazin verhindert.

Um diese Ziele zu erreichen, verwendet die Erfindung in einer Werkzeugmaschine eine Werkzeughaltevorrichtung mit einem Paar von im wesentlichen L-förmigen Fingern. Jedes Fingerpaar weist einen Grundteil auf, der drehbar auf einem Werkzeugmagazin befestigt ist, sowie ein freies Ende, das als Klemmklinke ausgebildet ist. Das Fingerpaar weist eine Position für die Halterung eines Werkzeugs auf, in der die Klemmklinken ein Werkzeug in im wesentlichen senkrechter Richtung zu den Achsen festhalten, um die sich die Finger drehen. Das Fingerpaar weist weiterhin eine Werkzeugfreigabeposition auf, in der die Klemmklinken das Werkzeug freigeben. Es sind Betätigungsvorrichtungen für die Finger vorgesehen, um die Klemmklinken in die Halte- und die Freigabepositionen zu bringen.

Weiterhin schlägt die Erfindung eine Werkzeugentnahmevorrichtung vor, in der ein Trägerstab drehbar auf dem Werkzeugträger gehaltert ist. Ein sich von der Mitte des Trägerstabes auf die Finger eines Werkzeughalters erstreckender Druckhebel kann betätigt werden, um gegen die Finger anzustoßen. Ein Betätigungshebel, der mit einem Ende des Trägerstabes gekoppelt ist, der außerhalb des Umfangs des Werkzeugmagazins liegt, kann betätigt werden, um den Druckhebel gegen die Finger anstoßen zu lassen und sie in die Werkzeugfreigabeposition überzuführen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Werkzeugmaschine mit kleinen Abmessungen, kurzen Werkzeugwechselzeiten und hoher Wirtschaftlichkeit. Die Werkzeughaltevorrichtung in der Werkzeugmaschine enthält Fingerpaare, die in der Werkzeugfreigabeposition soweit geöffnet werden können, ohne Störungen benachbarter Fingerpaare hervorzurufen. Die Werkzeugentnahmevorrichtung ermöglicht es, Werkzeuge bequem und sicher aus dem Werkzeugmagazin zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus der Werkzeugmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2-6 erläuternde Darstellungen der Betriebsweise der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine erläuternde Darstellung der Wirkungsweise einer Werkzeughalterung im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine vergrößerte Vorderansicht der Finger im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 einen vergrößerten Querschnitt der Finger im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine Draufsicht der Finger im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11(a) und (b) erläuternde Darstellungen zur Betriebsweise der Finger im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine erläuternde Darstellung der Anordnung der Werkzeugmaschine in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine erläuternde Darstellung der Betriebsweise eines Kniehebels in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 eine erläuternde Darstellung einer Werkzeugfreigabevorrichtung in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 15 eine erläuternde Darstellung der Betriebsweise der Werkzeugfreigabevor­ richtung im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Anhand der Fig. 1-7 wird nun eine bevorzugte erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form einer Werkzeugmaschine im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 zeigt in schematischer Weise den Aufbau einer Werkzeugmaschine 10 mit der vorliegenden Erfindung, bei der ein Hauptspindelkopf 18 drehbar eine Hauptspindel 26 haltert, an deren einem Ende eine Werkzeughalterung 52 angebracht ist. Der Hauptspindelkopf 18 ist an einem Rahmen 16 so befestigt, daß er in vertikaler Richtung bewegbar ist und ein Werkstück in der gewünschten Weise bearbeitet werden kann. Die Werkzeughalterung 52 ist mit einem Werkzeughalteelement 66 zur Halterung eines Werkzeugs 20 ausgerüstet, wobei das Werkzeug in axialer Richtung entnehmbar ist. Ein Werkzeugmagazin 22 mit einer Vielzahl von in radialer Richtung angeordneten Werkzeughaltern 96 ist drehbar auf einem Werkzeugträger 24 befestigt. Der Werkzeugträger 24 ist ebenfalls am Rahmen 16 befestigt und kann in vertikaler Richtung unabhängig vom Hauptspindelkopf 18 nach oben bewegt werden.

Ein erster Nocken- und Hebelmechanismus 162, 28 ist vorgesehen, um das an der Spitze der Hauptspindel 26 befestigte Werkzeug 20 in dem Werkzeughalter 96 festzuhalten oder freizugeben, und ein zweiter Nocken­ und Hebelmechanismus 188, 30, um das Werkzeug 20 aus der Hauptspindel 26 freizugeben und herauszuziehen.

Auf einer Grundplatte 12 der Werkzeugmaschine 10 ist eine Säule 14 senkrecht installiert. Ein starrer Rahmen 16, der aus einem hohlen, kastenförmigen Gehäuse besteht, ist an der Vorderseite der Säule 14 so befestigt, daß er in horizontaler Richtung gehaltert wird. Ein auf der Spindel 26 drehbar gehalterter Spindelkopf 18 ist auf dem Rahmen 16 so angebracht, daß er durch die folgenden Vorrichtungen in vertikaler Richtung bewegt werden kann: vor der Säule 14 ist ein Paar von (nicht dargestellten) langgestreckten Ständern 32, 32′ so angebracht, daß die Ständer 32, 32′ ebenfalls in senkrechter Richtung längs der Säule 14 verlaufen. Führungsschienen 36, 36′ (die nicht dargestellt sind) sind mit den senkrechten Endflächen der Ständer 32, 32′ in Längsrichtung so verbunden, daß sie vertikal gehaltert sind. Zwei Paare von rechten und linken (nicht dargestellten) Gleitstücken 38, 38′ mit einem vorbestimmten Abstand in vertikaler Richtung hinter dem Spindelkopf 18 gleitend auf den Führungsschienen 36 bzw. 36′ gelagert sind. Auf diese Weise wird der Spindelkopf 18 jederzeit stabil geführt.

Zwischen den Oberteilen der beiden Ständer 32, 32′ ist ein Wechselstrom-Servomotor 40 mit einem Winkelcodierer 42 auf einer Trägerplatte 39 angeordnet. Über eine Kupplung 43 ist am Ende der vertikalen Drehwelle 41 des Servomotors 40 eine Kugelumlaufspindel 44 befestigt, die zwischen dem Paar von Führungsschienen 36, 36′ nach unten verläuft. Eine Mutter 46 ist horizontal im nach hinten verlängerten Teil des Hauptspindelkopfes 18 befestigt. Die Kugelumlaufspindel 44 greift in die Mutter 46 ein.

Wenn der Wechselstrom-Servomotor 40 betätigt wird, dreht sich die Kugelumlaufspindel 44 in der vorbestimmten Richtung, um die Mutter 46 linear und ohne Spiel zu bewegen. Dadurch wird auch der Hauptspindelkopf 18 frei in senkrechter Richtung bezüglich des Rahmens 16 bewegt, und zwar entsprechend einem vorbestimmten Hub. Der Wechselstrom-Servomotor 40, die Kugelumlaufspindel 44 und die damit verbundene Mutter 46 stellen also einen Antriebsmechanismus für den Hauptspindelkopf 18 in beiden Richtungen dar. Der vertikale Hub des Hauptspindelkopfes 18 ist, wie später noch näher erläutert wird, grob aufgeteilt in (1) einen Bearbeitungsbereich A zur Bearbeitung des Werkstückes, in dem eine normale, sich wiederholende Vertikalbewegung durchgeführt wird, und (2) einen Bereich B für das automatische Werkzeugwechseln, der über dem Bereich A liegt und in dem das Werkzeug 20 durch "Doppelbetätigung" an der Hauptspindel 26 befestigt oder von dieser gelöst werden kann.

Während der oben erwähnten "Doppelbetätigung" im Bereich B für das automatische Werkzeugwechseln führt der Hauptspindelkopf 18 eine einzige Hin- und Herbewegung durch, während der ein benütztes Werkzeug von der Spindel abgenommen und ein neues oder anderes Werkzeug eingesetzt wird. Selbstverständlich wird der in Fig. 1 dargestellte Hauptspindelkopf 18 bis zur oberen Grenze des Bearbeitungsbereichs A (oder der unteren Grenze des Bereichs B für das automatische Werkzeugwechseln) angehoben, nachdem die Bearbeitung beendet ist. Er bleibt dann in einer Warteposition bis der nächste Befehl zur Bearbeitung oder zum Werkzeugwechsel erteilt wird.

Die hohle, zylindrische Hauptspindel 26 ist unter dem Hauptspindelkopf 18 drehbar in einem Lager 50 gehaltert. Die Hauptspindel 26 weist an ihrem unteren Ende eine Werkzeughalterung 52 auf. Ihr oberes Ende ist mit einem Motor 56 verbunden, der in aufrechter Stellung oben auf dem Hauptspindelkopf 18 angeordnet ist, sowie mit einem Untersetzergetriebe 58.

Die Werkzeughalterung 52 haltert das abnehmbare Werkzeug 20, das einen Dorn 62 mit konisch zulaufendem Schaft aufweist, mit Hilfe einer konischen Öffnung zur Aufnahme des Dorns 62. Das rückwärtige Ende des Dorns 62 des Werkzeugs 20 weist einen Zapfen 64 auf. Das Werkzeug 20 wird an der Hauptspindel 26 befestigt, indem der Zapfen 64 mit dem Werkzeughalteelement 66 - das in die hohle Hauptspindel 26 eingeschoben wird - in Eingriff gebracht wird. Das Werkzeughalteelement 66 weist eine bekannte Hülse auf, die den Hals des Zapfens 64 mit einer Vielzahl von Kugeln 68 umgibt, und so den Zapfen 64 festklemmt und freigibt, wenn das Werkzeughalteelement 66 in den hohlen Teil der Hauptspindel 26 gleitet.

Eine Zugstange 76 ist so in die Spindel 26 eingeführt, daß sie längs der Mittelachse von Spindel 26 verschoben werden kann. Das untere Ende der Zugstange 76 ist mit dem Oberteil des erwähnten Werkzeughalteelements 66 gekoppelt. Elliptische (nicht dargestellte) Schlitze 74, 74′ sind in dem Teil der Spindel 26, der dem oberen Ende der Zugstange 76 gegenüberliegt, derart ausgebildet, daß die Schlitze einander diametral gegenüberliegen. Ein Stift 72 verläuft durch den oberen Endteil der Zugstange 76. Beide Endteile des Stiftes 72 erstrecken sich in horizontaler Richtung nach außen durch die Schlitze 74 bzw. 74′. Wenn das Werkzeug mit der Werkzeughalterung 52 verbunden ist, liegt eine Gruppe von zusammengedrückten Federringen zwischen der Stufe, die unter der Höhlung der Spindel und einem vorbestimmten Punkt am oberen Ende der Zugstange gebildet wird. Das heißt, die Zugstange 76 wird längs der Mittelachse der Federringe verlängert. Normalerweise wird die Zugstange nach oben gedrückt und durch die Federringe 78 an Ort und Stelle gehalten. Das Werkzeughalteelement 66 wird ebenfalls elastisch nach oben gedrückt, um die Halterung des Zapfens 64 sicherzustellen. Eine am Ende einer zweiten (und später beschriebenen) Kurbel 30 gebildete Gabel 81 mit zwei Zinken ist oberhalb des Stiftes 72 vorgesehen, der außerhalb der Spindel so verläuft, daß die Gabel 81 den Stift 72 nicht berührt. Bei Betätigung der Kurbel 30 wird der Stift 72 durch die Gabel 81 gestoßen, so daß die Zugstange 76 nach unten bewegt wird. Mit anderen Worten, wenn der Stift 72 durch die Nockenwirkung einer zweiten Nocke 188 und einer zweiten Kurbel 30 (die später beschrieben wird) nach unten bewegt wird, bewegt sich die Zugstange 76 längs der Achse nach unten, um das Werkzeughalteelement 66 nach unten zu verschieben. Der Zapfen 64 wird dadurch nicht mehr durch die Kugel 68 zusammengedrückt, und das Werkzeug 20 kann aus der Werkzeughalterung 52 freigegeben werden.

Der Werkzeugträger 24 ist auf dem Rahmen 16 so befestigt, daß er unabhängig von der Hauptspindel 26 in axialer Richtung verschoben werden kann. Dies wird nun im einzelnen näher beschrieben. (Nicht dargestellte) Trägerplatten 82, 82′ sind horizontal an einem Paar von (nicht dargestellten) gegenüberliegenden Seitenwänden befestigt, die den Rahmen 16 bilden. Ein Paar von (nicht dargestellten) runden Führungsschienen 84, 84′ ist in vertikaler Richtung an dem Werkzeugträger 24 befestigt (in einer später zu erläuternden Weise) und gleitet in einem geeigneten Durchgangsloch in jeder der horizontalen Trägerplatten 82, 82′. Ein Paar (nicht dargestellten) horizontaler linker und rechter Trägerplatten 86, 86′ erstreckt sich vom unteren Teil des Rahmens 16. Die Führungsschienen 84, 84′ gleiten in den horizonalen Trägerplatten 86, 86′. Die oberen und unteren Enden jeder der Führungsschienen 84, 84′ sind jeweils in einer Trägerplatte 91 befestigt, die horizontal die Oberseite des Werkzeugträgers 24 überbrückt. Eine Trägerplatte 89 ist unten an der Trägerplatte 91 befestigt. Damit kann der Werkzeugträger 24 um eine gewisse Höhe im Bereich B relativ zum Rahmen 16 angehoben werden, indem die Führungsschienen 84, 84′ auf den jeweiligen Paaren von horizontalen Trägerplatten 82, 86 und 82′, 86′ verschoben werden, wenn der erste Nocken- und Kurbelmechanismus 162, 28 während der "Doppelbetätigungs"-Bewegung des Hauptspindelkopfes 18 betätigt wird. In der oben auf dem Werkzeugträger 24 angebrachten Trägerplatte 91 ist ein Anschlagstift 90 angebracht. Die Höhe des Anschlagstiftes 90 ist einstellbar, so daß der Werkzeugträger 24 in einer Position gehalten werden kann, die eine vorbestimmte Höhe bezüglich des Rahmens 16 aufweist, wenn der Stift in der Ebene der horizontalen Trägerplatte 82 stationär gehalten wird.

Der Werkzeugträger 24 trägt das Werkzeugmagazin 22, in dem viele Werkzeuge 20 in radialer Anordnung untergebracht sind, und das diese durch Rotation positionieren kann. Vom Werkzeugträger 24 verläuft eine dort befestigte Trägerwelle 92 mit einer Achse, die diagonal nach unten geneigt ist und einen vorbestimmten Winkel bezüglich der horizontalen Ebene bildet. Das Werkzeugmagazin 22 ist drehbar auf der Haltewelle 92 befestigt. Das Werkzeugmagazin 22 stellt eine Scheibe dar, die aus einem flachen Zahnrad 98 mit großem Durchmesser gebildet ist und eine Vielzahl von in radialer Richtung sich erstreckender Werkzeughalter 96 aufweist, die auf dessen äußeren Umfang angeordnet sind. Das flache Zahnrad 98 mit großem Durchmesser ist in einem (nicht dargestellten) Lager befestigt und greift in ein Antriebsritzel 106 ein, das an der (nicht dargestellten) Drehwelle eines Motors 102 befestigt ist. Der Motor 102 ist seinerseits an dem Werkzeugträger 24 befestigt. Das flache Zahnrad 98 wird vom Motor 102 über das Antriebsritzel 106 gedreht, um das Werkzeugmagazin 22 zu drehen und ein gewünschtes Werkzeug 20 zu positionieren.

Im folgenden wird der an dem äußeren Umfang des Werkzeugmagazins 22 gelegene Werkzeughalter 96 beschrieben. Entsprechend der Darstellung in Fig. 7 besteht der Werkzeughalter 96 aus einem Paar von Greifelementen 128, 128′, die durch einem Finger 130 so montiert sind, daß die Greifelemente gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden können. Eine Vielzahl von Fingern 130 ist auf dem Umfang des die Basis des Werkzeugmagazins bildenden flachen Zahnrads 98 unter einem vorbestimmten Mittelwinkel angeordnet und verläuft in radialer Richtung. Jeder Finger 130 besteht aus einer Platte, die unter einem vorbestimmten Winkel gebogen ist. Jedes Paar von Greifelementen 128, 128′ ist in einem Winkel gebogen und mit einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand auf dem Finger 130 so montiert, daß die Elemente um einen vorbestimmten Winkel um die jeweiligen Stifte 134 gedreht werden können. Eine Zugfeder 136 ist elastisch über beide Elemente gespannt. Die einander gegenüberliegenden Greifteile der Greifelemente 128, 128′ werden durch den Kurbelmechanismus betätigt (in einer Weise, die später beschrieben wird) und dadurch geöffnet und geschlossen, so daß ein mit einer Rille versehener Flansch 196 im Werkzeug 20 ergriffen oder losgelassen werden kann. Entsprechend der Darstellung in Fig. 7 sind die anderen Enden des Paars von unter einem Winkel gebogenen Greifelementen 128, 128′ über einen Wellenstift 138 verbunden, der geringfügig über die Hinterseite des Fingers 130 hervorsteht. Wenn der Wellenstift 138 in Fig. 7 in Y-Richtung gedrückt wird, schließt sich jedes der Greifelemente 128, 128′ und hält den mit Rillen versehenen Flansch 196 des Werkzeugs 20 fest. Wird umgekehrt der Wellenstift 138 in X-Richtung gedrückt, so dreht sich jedes der Greifelemente 128, 128′ nach außen und gibt dabei das Werkzeug 20 frei (das in Fig. 7 durch gestrichelte Linien dargestellt ist). Der (bezüglich des Rades 98 gemessene) Winkel der Finger 130, von denen jeder einen der Werkzeughalter 96 am äußeren Umfang des Werkzeugmagazins 22 trägt, wird so eingestellt, daß die Achse des gehaltenen Werkzeugs 20 mit der Achse der Hauptspindel 26 zusammenfällt, wenn das von dem Werkzeughalter 96 gehaltene Werkzeug 20 an der unteren Seite der Werkzeughalterung 52 ankommt, die an der Spitze der Hauptspindel 26 angebracht ist, d.h., wenn das Zahnrad 98 zur Positionierung um die Welle 92 gedreht wird.

Im folgenden wird der Mechanismus zum Öffnen und zum Schließen des Werkzeughalters 96 beschrieben. Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 wird ein geeignet geformter Kniehebel 142 drehbar in der Mitte der Trägerplatte 89 mit einem Stift 144 befestigt. Eine Gabel 146 ist am unteren Ende des Kniehebels 142 ausgebildet und befindet sich an der Position, an der der Werkzeughalter 96 an der Unterseite der Hauptspindel 26 nach der Drehung des Werkzeugmagazins 22 ankommt. Der Wellenstift 138, mit dem die Greifelemente 128, 128′ selektiv geöffnet und geschlossen werden, wird zwischen den Armen der Gabel 146 positioniert.

Eine vertikale Platte 148 ist an den oberen und unteren horizontalen Trägerplatten 82 bzw. 86 befestigt, die am Rahmen 16 aufgehängt sind. Eine Nocke oder Steuerscheibe 152 (mit einer gebogenen Führungsnut 150 vorbestimmter Gestalt) ist an der Vorderseite einer vertikalen Platte 148 befestigt. Ein Nockenstößel 156 ist am oberen Ende des Kniehebels 142 befestigt und gleitet in der Führungsnut 150 der Nocke oder Steuerscheibe 152. Der Kniehebel 142 ist drehbar auf dem Werkzeugträger 24 befestigt und wird insgesamt nach oben gehoben, wenn der Werkzeugträger 24 durch den ersten Nocken- und Kurbelmechanismus 162, 28 angehoben wird (wie es später noch beschrieben wird). Der an dem oberen Ende des Kniehebels 142 befestigte Stift 156 folgt der gebogenen Führungsnut 150 der Steuerscheibe 152, die am Rahmen 16 befestigt ist, so daß sich der Kniehebel 142 geringfügig im Uhrzeigersinn um den Stift 144 dreht. Die Gabel 146 des Kniehebels 142 treibt somit den Wellenstift 138 des Werkzeughalters 96 in Richtung des Pfeils Y in Fig. 7, um das Paar von Greifelementen 128, 128′ zu schließen. Dreht sich der Kniehebel 142 gegen den Uhrzeigersinn, so bewegt die Gabel 146 den Wellenstift 138 des Werkzeughalters 96 in Richtung des Pfeils X und öffnet damit das Paar der Greifelemente 128, 128′.

Im folgenden wird ein Mechanismus beschrieben, mit dem der Werkzeugträger 24 relativ zum Rahmen 16 im Bereich B des automatischen Werkzeugwechselns angehoben werden kann, um die "Doppelbetätigungs"-Bewegung des Hauptspindelkopfes 18 zu erzielen. Die erste (L-förmige) Kurbel 28 ist drehbar an jeder der inneren Flächen der (nicht dargestellten) einander gegenüberliegenden Seitenwände des Rahmens 16 über eine Welle 158 befestigt. Das (nicht dargestellte) Paar erster Kurbeln 28, 28′ ist jeweils im Inneren der Seitenwand und einander gegenüberliegend angeordnet. Eine Walze 160 ist am Ende des kurzen Armes 167 der Kurbel 28 drehbar angeordnet. Auf beiden Seiten des Spindelkopfes 18 sind jeweils erste Nocken- oder Steuerscheiben 162 befestigt. Jede der ersten Nockenscheiben 162 weist eine erste Nockenoberfläche 164 auf, die in einer Richtung geneigt ist, und eine zweite Nockenoberfläche 165, die in einer anderen Richtung geneigt ist. Die erste Nockenscheibe 162 ist in einem vorbestimmten Abstand von und unter der Walze 160 installiert, die drehbar an der ersten Kurbel 28 befestigt ist, um den Hauptspindelkopf 18 an der oberen Grenze des Bereichs B für das automatische Werkzeugwechseln zu positionieren. Ein Kontakt 170 ist an der oberen Endfläche des langen Armes 168 der ersten Kurbel 28 befestigt. Der Kontakt 170 weist einen geringen Abstand vom unteren Ende der Schraube 172 auf, die in die Trägerplatte 91 eingeschraubt ist.

Wenn der Hauptspindelkopf 18 durch Drehen des Servomotors 40 angehoben wird, stößt die Walze 160 der ersten Kurbel 28 an die erste Nockenoberfläche 164 der Nockenscheibe 162 an und dreht die jeweilige Kurbel 28 im Uhrzeigersinn um die Welle 158. Der Kontakt 170 des langen Armes 168 stößt dann auf das untere Ende der Schraube 172 und hebt den Werkzeugträger 24 längs der Führungsschiene 84 um einen vorbestimmten Hub. Wenn der Spindelkopf 18 weiter nach oben bewegt wird, stößt die zweite Nockenoberfläche 165 gegen die Walze 160, so daß die Kurbel 28 gegen den Uhrzeigersinn um die Welle 158 gedreht wird. Dadurch bewegt der Kontakt 170 des oben erwähnten Arms 168 den Werkzeugträger 24 nach unten längs der Führungsschiene 84, während die Schraube 172 am unteren Ende verriegelt wird. Das Dimensionsverhältnis des langen Arms 168 zum kurzen Arm 167 der ersten Kurbel 28 und der Biegewinkel beider Arme sollten so ausgewählt sein, daß die Anhebung des Hauptspindelkopfes 18 mit der des Werkzeugträgers 24 übereinstimmt, der durch den ersten Nocken- und Kurbelmechanismus 162, 28 angehoben wird, so daß deren Geschwindigkeiten miteinander synchronisiert sind.

Im folgenden wird ein zweiter Nocken- und Kurbelmechanismus beschrieben, mit dem das in der Werkzeughalterung 52 enthaltene Werkzeughalteelement 66 zur Freigabe des Werkzeugs 20 veranlaßt wird, wenn der Hauptspindelkopf 18 und der Werkzeugträger 24 durch den Nocken- und Kurbelmechanismus 162, 28 in eine weitere Phase der "Doppelbetätigungs"-Bewegung gebracht werden. Eine L-förmige zweite Kurbel 30 ist so auf dem Hauptspindelkopf 18 befestigt, daß sie um die Welle 176 um einen vorbestimmten Drehwinkel gedreht werden kann. Eine Walze 180 ist drehbar an der Spitze des langen Arms 178 der zweiten Kurbel 30 befestigt, während die Spitze eines kurzen Armes 182 als Gabel 81 ausgebildet ist. Die Gabel 81 umfaßt die Hauptspindel, wenn sie geringfügig über dem senkrechten Stift 72 liegt, der den oberen Teil der Zugstange 76 durchdringt. Wenn sich die Werkzeugmaschine in dem Zustand befindet, in dem sie einen Befehl zur Freigabe des Werkzeugs empfangen kann, ist die Gabel 81 ohne Berührung. Obwohl die Hauptspindel 26 während der Bearbeitung durch einen Motor 56 gedreht wird, erfolgt eine Überwachung der Winkelposition der Drehwelle des Motors 56, um immer in einer festen Lage anzuhalten. Dadurch wird Stift 72, der senkrecht zur Hauptspindel 26 verläuft, ebenfalls an der festen Lage direkt unterhalb der Gabel 81 gestoppt, um sicherzustellen, daß die Gabel 81 den Stift 72 berührt, wenn die zweite Kurbel betätigt wird.

Eine zweite Nocken- oder Steuerscheibe 188 mit einer Nockenoberfläche vorbestimmter Neigung ist so angeordnet, daß die zweite Kurbel 30 während ihrer Aufwärtsbewegung der Nockenbahn folgt, wenn der Hauptspindelkopf weiter in den Bereich B für das automatische Werkzeugwechseln angehoben wird. Die zweite Nockenscheibe 188 ist am senkrechten Gehäuse des Wechselstrom-Servomotors 40 befestigt, der oben auf der Säule 32 mit einer (nicht dargestellten) Schraube angeschraubt ist. Die zweite Nockenscheibe hat eine geneigte Nockenoberfläche 186, die senkrecht nach unten verläuft. Beim Betrieb wird während der weiteren Anhebung des Hauptspindelkopfes 18 die an der Spitze des langen Arms 178 der zweiten Kurbel 30 drehbar befestigte Walze 180 auf der geneigten Nockenoberfläche 186 der Nockenscheibe 188 geführt. Dadurch wird die zweite Kurbel 30 um einen vorbestimmten Winkel gegen den Uhrzeigersinn um die Welle 176 gedreht. Die an der Spitze des kurzen Armes 182 vorgesehene Gabel 81 berührt die senkrechten Kreuzstifte und drückt den Stift 72, während gleichzeitig die Zugstange 76 um einen vorbestimmten Abstand nach unten gedrückt und damit das Werkzeughalteelement 66 abgesenkt wird. Als Folge davon werden die daran befestigten Kugeln vom Zapfen 64 gelöst und das Werkzeug 20 aus der Werkzeughalterung 52 freigegeben. Eine (nicht dargestellte) Blattfeder ist am langen Arm der zweiten Kurbel 30 befestigt. Das freie Ende der Blattfeder berührt die obere Endfläche einer horizontalen Trägerplatte 194, die oben auf dem Hauptspindelkopf 18 vorgesehen ist, so daß an der Kurbel 30 eine im Uhrzeigersinn wirkende Rückführkraft auftritt.

Die Betätigung des ersten Nocken- und Kurbelmechanismus′ 162, 28 erfolgt immer vor der Betätigung des zweiten Nocken- und Kurbelmechanismus′ 188, 30. Wie später noch im einzelnen beschrieben wird, berührt die erste Kurbel 28 die erste Nockenscheibe 162 und hebt den Werkzeugträger 24 um einen Abstand von 20 mm, wenn der Hauptspindelkopf 18 um einen entsprechenden Abstand von ungefähr 20 mm (in diesem Ausführungsbeispiel) von seiner Grundposition angehoben wird (d.h., von der unteren Grenzposition des Bereichs B für das automatische Werkzeugwechseln). Wenn der Hauptspindelkopf 18 um einen Abstand von 30 mm angehoben wird, stößt die zweite Kurbel 30 an die zweite Nockenscheibe 188 an. Die sich dann ergebende Nockenführung drückt die Zugstange 76 nach oben und gibt den Zapfen 64 aus dem Werkzeughalteelement 66 frei.

Im folgenden wird anhand der Fig. 8-13 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Nach der Darstellung in Fig. 12 ist in einer Werkzeugmaschine ein Spindelkopf 18, der eine Spindel 26 drehbar haltert, auf einer Seite eines Rahmens 16 befestigt und in vertikaler Richtung bewegbar. Der so gehalterte Spindelkopf 18 wird in vertikaler Richtung um einen vorbestimmten Hub durch einen Wechselstrom-Servomotor 40 bewegt, der auf der oberen Oberfläche des Rahmens 16 montiert und mit einem (nicht dargestellten) Kugelgewinde gekoppelt ist. Ein in beiden Richtungen drehbarer Spindelmotor 56 ist an ein Ende der Spindel angekoppelt und auf der oberen Oberfläche des Spindelkopfes 18 installiert.

Ein Paar von Trägerplatten 82 und 86 ist auf einer Seite des Rahmens 16 so vorgesehen, daß es in vertikaler Richtung ausgelegt ist und horizontal verläuft. Die ersten Enden der Trägerplatten 82 und 86 sind über eine senkrechte Platte 148 miteinander verbunden. Eine in senkrechter Richtung verlaufende Führungsschiene 84 gleitet durch die oberen und unteren Trägerplatten 82 und 86. Die oberen und unteren Enden der Führungsschiene 84 sind mit einem im wesentlichen U-förmigen Werkzeugträgerständer 24 so gekoppelt, daß die Führungsschiene 84 von dem Werkzeugträger 24 umfaßt wird. Außerdem ist der Werkzeugträger 24 so konstruiert, daß er bezüglich des Rahmens 16 in vertikaler Richtung durch die (nicht dargestellte) Nocke und die Kurbel 28 bewegt wird, die durch die vertikale Bewegung des Spindelkopfes 18 betätigt werden.

Auf einer Seite des Werkzeugträgers 24 ist ein zur Aufnahme einer Vielzahl von Werkzeugen 20 vorgesehenes Werkzeugmagazin 22 so vorgesehen, daß es um die Achse drehbar ist, die bezüglich der Achse der Spindel 26 geneigt liegt. Das so vorgesehene Werkzeugmagazin 22 wird von einem Motor 102, der auf dem Werkzeugträgerständer 24 befestigt ist, durch Drehen positioniert. Die Wirkungsweise des Spindelkopfes 18 und des Werkzeugträgers 24 ist in der vor der Prüfung offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 155338/1985 beschrieben.

Am Umfang des Werkzeugmagazins 22 sind Paare von im wesentlichen L-förmigen Fingern 200 in radialer Ausrichtung angeordnet. Ein im wesentlichen L-förmiger Kniehebel 250 (in Fig. 13 dargestellt) kann um seinen Mittelteil 251 gedreht werden und ist auf dem Werkzeugträger 24 gehaltert. Ein Ende des Kniehebels 250 greift in die Nockenoberfläche (Führungsnut) einer Nocken- oder Steuerscheibe 252 ein, die auf einer Seite der vertikalen Platte 148 vorgesehen ist, und das andere Ende in den oberen Endteil einer Verschiebestange 254. Das untere Ende der Verschiebestange 254 ist mit einem im wesentlichen L-förmigen Stab 256 für die Freigabe der Finger verbunden, der sich nach unten in Richtung auf die Finger 200 erstreckt, mit denen das unterhalb der Spindel 26 positionierte Werkzeug 20 festgehalten wird.

Entsprechend der Darstellung in den Fig. 8-10 weisen die Finger 200 im wesentlichen in ihrer Mitte zylindrische Grundteile 262 bzw. 263 auf. Die Finger 200 sind an ihren Grundteilen 262 und 263 drehbar auf Drehwellen 264 und 265 gelagert, die mit Drehwellen 264 a in eine im wesentlichen L-förmige Platte 260 in den Umfangsteil des Werkzeugmagazins 22 eingeschraubt sind. Auf den oberen Oberflächen der Grundteile 262 und 263 sind zylindrische Flansche 284 und 285 mit geringerem Durchmesser als die Grundteile 262 und 263 ausgebildet. Unter den Grundteilen 262, 263 sind im wesentlichen L-förmige Klemmklinken 268 und 269 gebildet. Die Klemmklinken 268 und 269 verlaufen in Richtung des Rahmens 16, um die mit Nuten versehenen Flansche 196 des Werkzeugs 20 festzuklemmen.

In die Flansche 284 und 285 sind drehbar Stifte 266 bzw. 267 eingesetzt. Erste Endteile eines Paars von ersten Verbindungsgliedern 270 sind drehbar mit beiden Enden des linken Stiftes 266 (Fig. 8) gekoppelt. In ähnlicher Weise sind erste Endteile eines Paars von zweiten Verbindungsgliedern 271 drehbar mit beiden Enden des rechten Stiftes 267 verbunden. Die verbleibenden Endteile dieser ersten und zweiten Verbindungsglieder 270, 271 sind drehbar mit einem Stift 273 verbunden, der im wesentlichen in der Mitte eines kastenförmigen Federgehäuses 272 angeordnet ist, das zwischen diesen Verbindungsgliedern 270 und 271 liegt. Zwei nach oben verlaufende Führungsstäbe 274 sind an dem unteren Teil der Trägerplatte 260 mit Schrauben 275 befestigt. Ein Paar von Schraubenfedern 276 ist auf die jeweiligen Führungsstäbe 274 gewickelt. Die Schraubenfedern 276 verlaufen weiter nach oben als die Führungsstäbe 274 und sind in die (nicht dargestellten) für die Federn vorgesehenen Aufnahmeteile des oben erwähnten Federgehäuses 272 eingelegt.

In der Trägerplatte 267 ist eine Führungsnut 278 so ausgebildet, daß sie längs der senkrechten Mittelachse der Trägerplatte 260 verläuft. Die Führungsnut 278 nimmt ein Lager 280 auf, das drehbar an einem Endteil des Stiftes 273 montiert ist, so daß das Federgehäuse 272 in horizontaler Richtung gehalten wird.

Auf einer Seite des Werkzeugträgerständers 24 verlaufen Flansche 24 a jeweils von beiden Enden des Werkzeugträgers 24 in Richtung auf das Werkzeugmagazin 22. Die Flansche 24 a haltern ein Werkzeugfreigabeelement 15, mit dem das Werkzeug 20 von den Fingern 200 freigegeben wird. Ein Trägerstab 300 ist drehbar so in die Flansche 24 a eingesetzt, daß die Achse des Trägerstabes 300 senkrecht zur Achse der Spindel 26 verläuft. Auf den jeweiligen Endteilen des Trägerstabes 300 sind Kragen 302 festgemacht, um eine horizontale Bewegung des Trägerstabes zu verhindern.

An einem Ende des Trägerstabes 300 ist ein Betätigungshebel 304 so befestigt, daß er außerhalb des Werkzeugträgers 24 senkrecht zur Achse des Werkzeugträgers 24 verläuft. Ein Trägerelement 308 mit einem Druckhebel 306 ist im wesentlichen auf dem Mittelteil des Trägerstabes 300 angebracht und dort mit einer Schraube 310 befestigt. Der Druckhebel 306 verläuft in einer Richtung senkrecht zur Achse des Trägerstabes 300, d.h., er verläuft in Richtung auf die Finger 200.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels der Werkzeugmaschine der vorliegenden Erfindung beschrieben. Nachdem die Hauptspindel 18 in Fig. 1 eine normale Schneidoperation durchgeführt hat, kehrt sie zu der Warteposition im Bearbeitungsbereich zurück und stoppt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Hauptspindel 26 in einer Position, in der der Stift 72 den kurzen Arm 182 der zweiten Kurbel 30 kreuzt. Bestimmen die nächsten Instruktionen, daß die Schneidoperation fortgeführt werden soll, so tritt der Hauptspindelkopf 18 in den Bearbeitungsbereich A ein, um das Werkstück zu bearbeiten. Betreffen die Instruktionen jedoch einen Werkzeugwechsel, so führt der Hauptspindelkopf 18 eine "Doppelbetätigungs"-Bewegung aus und tritt in den Bereich B für das automatische Werkzeugwechseln ein (wie später noch genauer beschrieben wird). Da entsprechend Fig. 1 der Wellenstift 138 des Werkzeughalters 96 durch die Gabel 146 des Kniehebels 142 gedrückt und in Y-Richtung von Fig. 7 gehalten wird, öffnen sich die Greifelemente 128, 128′ und das Werkzeug 20 wird freigegeben. Die im Flansch 196 des Werkzeugs 20 ausgebildete Kammnut 210, die von den Greifelementen 128, 128′ gehalten wird, liegt um einen Abstand "α" unterhalb der Greifelemente 128, 128′, so daß das Werkzeug 20 ohne Vorrichtungen zum Kompensieren dieses Versatzes nicht in einer festen Position gehalten werden kann, selbst wenn die Greifelemente 128, 128′ geschlossen sind. Wird jedoch der Hauptspindelkopf 18 angehoben und bewegt er sich von der Position in Fig. 1 zu der in Fig. 2 dargestellten, so bewegt sich auch die erste Nocken- oder Steuerscheibe 162, und legt dabei einen Abstand "α" zurück, bis sie an der auf der ersten Kurbel 28 angeordneten Walze 160 anstößt. Auf diese Weise erfolgt ein Ausgleich dafür, daß die Kammnut 210 um einen Abstand "α" unterhalb der Greifelemente 128, 128′ liegt.

Wenn die Werkzeugmaschine in dem in Fig. 1 dargestellten Zustand einen Befehl zum Werkzeugwechsel gibt, wird der Wechselstrom-Servomotor 40 eingeschaltet, um das Kugelumlaufspindel 44 zu drehen, so daß der Hauptspindelkopf 18 in vertikaler Richtung bis in den Bereich B für das automatische Werkzeugwechseln angehoben wird. Der Hauptspindelkopf 18 durchläuft dabei die erste Phase der "Doppelbetätigung", wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Das heißt, der Hauptspindelkopf 18 in der in Fig. 2 dargestellten Lage wurde aus den früher erläuterten Gründen um den Abstand "α" unabhängig angehoben. Die erste Nocken- oder Steuerscheibe 162 wird dann bis zum Anschlag an die Walze 160 der ersten Kurbel 28 bewegt. Dann berührt der Kontakt 170, der auf dem langen Arm 168 der Kurbel 28 angeordnet ist, das untere Ende der Schraube 172, die auf der Trägerplatte 91 des Werkzeugträgers 24 vorgesehen ist. Zu dieser Zeit wird der Wechselstrom-Servomotor 40 auf geringe Drehgeschwindigkeit geregelt, um das Geräusch herabzusetzen, das entsteht, wenn der Kontakt 170 die Schraube 172 berührt. Nach diesem Zeitpunkt arbeitet der Wechselstrom-Servomotor 40 mit der vorbestimmten Geschwindigkeit.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 wird der Hauptspindelkopf 18 um einen Abstand von beispielsweise 20 mm angehoben. Während der Anhebung von Fig. 2 nach Fig. 3 wird die erste Kurbel 28 durch die Nockenführung durch die erste Nocken- oder Steuerscheibe 162 weitergedreht. Dies führt dazu, daß der Werkzeugträger 24 zusammen mit dem Hauptspindelkopf 18 um im wesentlichen den gleichen Abstand angehoben wird, in diesem Fall also 20 mm. Wenn der Werkzeugträger 24 angehoben wird, folgt der Kniehebel 142, der drehbar an seinem oberen Ende befestigt ist, der gekrümmten Nut 150 in der Nocken- oder Steuerscheibe 152. Damit bewegt der Kniehebel 142 den Wellenstift 138 des Werkzeughalters 96 in Richtung des Pfeils Y von Fig. 7 und schließt damit das Paar von Greifelementen 128, 128′, um den Flansch 196 des Werkzeugs 20 zu fassen.

Der Hauptspindelkopf 18 durchläuft dann die zweite Phase der "Doppelbetätigungs"-Bewegung bis zu der in Fig. 4 dargestellten Position. Während dieser zweiten Phase wird der Werkzeugträger 24 zusammen mit dem Hauptspindelkopf 18 um einen größeren Abstand angehoben, beispielsweise 30 mm im vorliegenden Fall, da die Walze 160 der ersten Kurbel 28 auf der geneigten Nockensteuerfläche 164 der ersten Nocken- oder Steuerscheibe 162 aufliegt. Während der Hauptspindelkopf 18 die zweite Phase der "Doppelbetätigungs"-Bewegung durchführt, liegt die Walze 180 des langen Arms der zweiten Kurbel auf der zweiten Nocken- oder Steuerscheibe 188 auf, die in ihrer oberen festen Position verharrt. Dadurch wird die Kurbel 30 um die Welle 176 gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Die an dem Ende des kurzen Armes 182 vorgesehene Gabel 81 berührt dann den senkrechten Kreuzstift 72 und drückt ihn nieder. Dadurch werden die Kugeln vom Zapfen 64 des Werkzeugs 20 freigegeben. Das Werkzeug wird dann von der Werkzeughalterung 52 an der Spitze der Hauptspindel 26 freigegeben. Wie früher erwähnt, wird das Werkzeug 20 immer noch von dem im Werkzeugmagazin installierten Werkzeughalter 96 gehaltert, so daß das freigegebene Werkzeug 20 nicht herabfällt. Obwohl der an dem Werkzeugträger 24 befestigte Kniehebel 142 bezüglich der am Rahmen 16 befestigten, mit einer Nut versehenen Nocke 152 angehoben wird, durchläuft der Kniehebel keine Nockensteuerung, da der Nockenstößel 144 schon den geneigten Teil der gekrümmten Nut 150 verlassen hat und in dem Teil der Nut liegt, der parallel zur Achse der Hauptspindel 26 verläuft.

Der Hauptspindelkopf 18 durchläuft anschließend eine dritte Phase der "Doppelbetätigungs"-Bewegung der vorliegenden Erfindung bis zu der in Fig. 5 dargestellten Position. In der dritten Phase wird der Spindelkopf 18 um einen noch größeren Abstand angehoben, beispielsweise im vorliegenden Fall 35 mm. Während der oberen Bewegung wird die Walze 160 der ersten Kurbel 28, die auf der zweiten Nocken- oder Steueroberfläche 165 der ersten Nocken- oder Steuerscheibe 162 aufliegt, gedreht, so daß die Kurbel 28 gegen den Uhrzeigersinn um die Welle 158 gedreht wird. Während sich also der Spindelkopf 18 weiter nach oben bewegt, bewegt sich der Werkzeugträger 24 um 25 mm nach unten. Die Walze 180 der zweiten Kurbel 30 läuft auf der flachen Fläche der Nocken- oder Steuerscheibe 188, so daß Kurbel 30 keine Nockensteuerung erfährt. Die Zugstange 76 bleibt nach unten gedrückt, um den Zapfen 64 in Freigabestellung zu halten. Der Werkzeughalter 96 hält das Werkzeug 20 in einer festen Lage, so daß der Dorn 62 des Werkzeugs 20 aus der Werkzeughalterung 52 an der Spitze der Hauptspindel 26 herausgezogen wird, wenn der Spindelkopf 18 angehoben und der Werkzeugträger 24 abgesenkt wird.

Anschließend durchläuft der Spindelkopf 18 eine vierte Bewegung, d.h., eine "Rückkehr"-Bewegung, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Dabei wird der Spindelkopf 18 beispielsweise um 10 mm nach oben geführt. Bei dieser Betätigung wird die Walze 160 der ersten Kurbel 28 auf der flachen Oberfläche der ersten Nocken- oder Steuerscheibe 182 gehalten, so daß keine Nockensteuerung erfolgt. Da also der Werkzeugträger 24 in einer vorbestimmten Position festgehalten wird, bewegt sich nur der Spindelkopf 18 nach oben. Der Spindelkopf 18 wird gestoppt, wenn er oberhalb des Zapfens 64 des Werkzeugs 20 liegt, das vom Werkzeughalter 96 gehalten wird.

Anschließend positioniert der Motor 102 im Werkzeugmagazin 22 das abgenommene Werkzeug 20 durch Drehung weg von der Werkzeughalterung 52. Dabei gelangt ein neues oder anderes Werkzeug 20′ in die Position unter der Werkzeughalterung 52 und stoppt in axialer Ausrichtung mit dem Spindelkopf 18. Anschließend werden die oben anhand der Fig. 2-6 beschriebenen Schritte wiederholt, aber in umgekehrter Reihenfolge, um die "Doppelbetätigung" abzuschließen und das Werkzeug automatisch zu ersetzen. Das heißt also, daß der Hauptspindelkopf 18 um 45 mm abgesenkt und der Dorn 62 des Ersatzwerkzeugs in die Werkzeughalterung 52 eingesetzt wird. Der Spindelkopf 18 wird dann weiter um 30 mm abgesenkt, so daß die zweite Kurbel 30 nicht mehr auf die Zugstange 76 drückt. Unter Wirkung der Federringe 78 wird dann das Werkzeughalteelement 66 bis zur Berührung mit dem Zapfen 64 des Ersatzwerkzeugs 20′ geführt. Wenn dann der Hauptspindelkopf 18 und der Werkzeugträger 24 um 20 mm gesenkt werden, arbeitet der Kniehebel 142 in umgekehrter Richtung, um den Wellenstift 138 des Werkzeughalters 96 in X-Richtung von Fig. 7 zu drücken und die Greifelemente 128 zu öffnen, so daß das Ersatzwerkzeug aus dem Werkzeugträger 24 freigegeben wird.

Die Wirkungsweise der zweiten Ausführungsform der Werkzeugmaschine wird nun anhand der Fig. 8-13 erläutert.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 12 wird der Spindelkopf 18 vertikal bis zu einer vorbestimmten Position bewegt, wie es in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 155338/1985 beschrieben wird. Dann wird das Werkzeugmagazin 22 durch den Motor 102 so gedreht, daß ein von den Fingern 200 gehaltenes vorbestimmtes Werkzeug 20 unter die Spindel 26 positioniert wird. Anschließend wird der Spindelkopf 18 bei festgehaltenem Werkzeugmagazin 22 nach unten bewegt, so daß das Werkzeug 20 am unteren Ende der Spindel 26 befestigt werden kann.

Unter dieser Bedingung wird der Spindelkopf 18 um einen vorbestimmten Abstand nach unten bewegt. Bei dieser Betriebsweise wird das Werkzeugmagazin 22 ebenfalls zusammen mit dem Spindelkopf 18 nach unten bewegt. Bei dieser nach unten gerichteten Bewegung des Werkzeugmagazins dreht sich der Kniehebel 250 unter dem Einfluß der Nockenscheibe 252 aus der durch die durchgezogene Linie angedeuteten Lage in die Position, die durch eine Kettenlinie mit zwei Punkten dargestellt ist, so daß die Verschiebestange 254 um einen bestimmten Abstand nach unten bewegt wird. Diese Schrittfolge ist in Fig. 13 dargestellt.

Wenn die Verschiebestange 254 nach unten bewegt wird, bewegt sich der Stab 256 für die Freigabe der Finger ebenfalls nach unten. Als Folge davon stößt das untere Ende des Stabes 256 gegen die obere Oberfläche des Federgehäuses 272. Dadurch wird das Federgehäuse 272 längs der Führungsnut 278 gegen die elastischen Kräfte der Federn 276 nach unten bewegt (Fig. 8).

Bei diesem Betrieb wird der Stift 273 ebenfalls nach unten bewegt, so daß die ersten Verbindungsglieder 270 eine Drehung im Uhrzeigersinn erfahren, während die zweiten Verbindungsglieder 271 gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden.

Wenn die ersten und zweiten Verbindungsglieder 270 und 271 mit Hilfe der Stifte 266 und 267 entsprechend der obigen Beschreibung gedreht werden, dreht sich der Flansch 284 im Uhrzeigersinn um die Drehwelle 264, während der Flansch 285 eine Drehung um die Drehwelle 265 gegen den Uhrzeigersinn ausführt (Fig. 10). Dadurch werden die Klemmklinken 268 und 269 gedreht, um das Werkzeug 20 aus den Fingern 200 freizugeben.

Unter dieser Bedingung durchläuft der Spindelkopf 18 den Abstand zwischen den Klemmklinken 268 und 269, die das Werkzeug 20 freigegeben haben, d.h., der Spindelkopf 18 wird um einen vorbestimmten Abstand nach unten bewegt und das Werkstück bearbeitet.

Nach der Bearbeitung des Werkstücks kann das Werkzeug 20 automatisch ersetzt werden, indem die Reihenfolge der oben beschriebenen Bedienungsschritte umgekehrt wird. Nachdem an dem Werkstück eine Reihe von Bearbeitungsvorgängen durchgeführt wurden, kann es notwendig sein, die Werkzeuge 20 im Werkzeugmagazin 22 durch neue oder andere Werkzeuge zu ersetzen, und zwar in Abhängigkeit vom Abnutzungsgrad der Werkzeuge oder dem Zustand des bearbeiteten Werkstückes. Dieser Werkzeugaustausch der zweiten Ausführungsform wird nun beschrieben.

Nachdem die Betriebsart eines (nicht dargestellten) mit der Werkzeugmaschine verbundenen numerischen Steuergeräts auf Handbetrieb umgeschaltet wurde, wird das Werkzeugmagazin 22 gedreht, so daß ein zu entnehmendes Werkzeug 20 auf die Werkzeugentnahmeposition positioniert wird, die im oberen Teil des Werkzeugmagazins vorgesehen ist (Fig. 12).

Unter dieser in Fig. 15 dargestellten Bedingung hält die Bedienungsperson das Werkzeug 20 und dreht den Betätigungshebel 304 im Uhrzeigersinn aus der durch eine durchgezogene Linie dargestellten Ruheposition in die Betätigungsposition, die durch eine strich-punktierte Linie angedeutet ist. Dadurch wird der Trägerstab 300 im Uhrzeigersinn gedreht, während der Druckhebel 306 aus der durch eine durchgezogene Linie dargestellten Ruheposition in die Betätigungsposition gebracht wird, die durch eine strich-punktierte Linie dargestellt ist. Wie in Fig. 11(b) gezeigt ist, drückt das Ende des Druckhebels 306 gegen die obere Oberfläche des erwähnten Federgehäuses 272, die daher nach unten gegen die elastischen Kräfte der Feder 276 bewegt wird. Während das Federgehäuse auf diese Weise nach unten verschoben wird, bewegen sich die Verbindungsglieder 270, 271 und die Klemmklinken 268, 269 aus der Werkzeughalteposition (die durch durchgezogene Linien dargestellt ist) in die Werkzeugfreigabeposition (die durch eine strich-punktierte Linie dargestellt ist), so daß das Werkzeug 20 von den Klemmklinken 268 und 269 freigegeben wird. Damit kann das Werkzeug 20 einfach aus dem Werkzeugmagazin 22 entnommen werden.

Um ein neues Werkzeug 20 zu laden, wird der Betätigungshebel 304 betätigt, um die Klemmklinken 268 und 269 so zu verschieben, daß sie das neue Werkzeug 20 greifen.

Entsprechend der obigen Beschreibung werden in der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung der Spindelkopf und der Werkzeugträger während eines Werkzeugaustausches in entgegengesetzte Richtungen in dem Bereich für den Werkzeugaustausch bewegt. Dadurch kann die Bewegung des Spindelkopfes herabgesetzt werden und es ergibt sich eine kleinere Größe für die Werkzeugmaschine. Außerdem wird ein Werkzeug in einer Richtung gehalten, die im wesentlichen senkrecht zu den Achsen der Fingerdrehung liegt. Dadurch können die Finger das Werkzeug freigeben, ohne daß benachbarte Finger gestört werden. Schließlich ist eine Werkzeugentnahmevorrichtung auf dem Werkzeugträger vorgesehen, so daß ein Werkzeug einfach und sicher aus dem Werkzeugmagazin entnommen werden kann.

Claims (6)

1. Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstückes, in der ein Hauptspindelkopf (18) eine Hauptspindel (26) mit einer Werkzeughalterung (52) an einem Ende drehbar haltert, und der Spindelkopf relativ zum Rahmen (16) der Werkzeugmaschine beidseitig in axialer Richtung der Hauptspindel bewegt werden kann, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
ein Werkzeughalteelement (66), das in der Werkzeughalterung der Hauptspindel installiert ist;
Vorrichtungen zum automatischen Wechseln eines vom Werkzeughalteelement gehaltenen Werkzeuges (20) während einer "Doppelbetätigungs"-Bewegung des Spindelkopfes in beiden Richtungen während des Werkzeugwechselns, wobei die automatischen Vorrichtungen enthalten:

• a) einen Werkzeugträger (24), der auf dem Rahmen (16) montiert ist und in axialer Richtung der Hauptspindel unabhängig von der Hauptspindel bewegt werden kann;
• b) ein Werkzeugmagazin (22), das drehbar auf dem Werkzeugträger (24) montiert ist und in axialer Richtung damit bewegt werden kann, wobei das Magazin eine Vielzahl von Werkzeughaltern (96) aufweist, die jeweils in lösbarer Weise ein Werkzeug aufnehmen und am Umfang des Magazins angeordnet sind, und das Magazin zur Positionierung eines ausgewählten Werkzeughalters in axiale Ausrichtung und aus dieser heraus mit der Hauptspindel dient;
• c) eine erste Nocken- und Kurbelvorrichtung (162, 28), die den Hauptspindelkopf, den Rahmen und den Werkzeugträger verbindet, um den Werkträger zusammen mit dem Spindelkopf während der "Doppelbetätigungs"-Bewegung des Haupt­ spindelkopfes relativ zum Rahmen um einen vorbestimmten Abstand zu bewegen, wobei während dieser Bewegung das in der Hauptspindel gehaltene Werkzeug auch von einem aus der Vielzahl von Werkzeughaltern des Werkzeugmagazins gehaltert wird, und die erste Nocken- und Kurbelvorrichtung auch dazu dient, während der "Doppelbetätigungs"-Bewegung den Werkzeugträger und den Spindelkopf um einen vorbestimmten Abstand voneinander zu entfernen;
• d) eine zweite Nocken- und Kurbelvorrichtung (188, 30), die den Hauptspindelkopf und den Rahmen miteinander verbindet, um während eines ausgewählten Teils der "Doppel­ betätigungs"-Bewegung das Werkzeughalteelement zur Freigabe des vom Werkzeughalteelement gehaltenen Werkzeugs zu veranlassen; und
• e) Vorrichtungen (90), die verhindern, daß sich der Werkzeugträger unter eine festgelegte axiale Position bewegt, während der Spindelkopf in axialer Richtung unter diese feste Position bewegt werden kann, um Bearbeitungsoperationen durchzuführen.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Nocken- und Kurbelvorrichtung einen Kurbelmechanismus (28) und eine Nocken- oder Steuerscheibe (162) enthält, in der eine erste Nockenoberfläche enthalten ist, die mit dem Kurbelmechanismus zusammenwirkt, um den Werkzeugträger mit dem Spindelkopf zu bewegen, und eine zweite Nockenoberfläche, die mit dem Kurbelmechanismus zusammenwirkt, um den Werkzeugträger und den Spindelkopf voneinander wegzubewegen.

3. Werkzeughaltevorrichtung für eine Werkzeugmaschine, in der eine Vielzahl von Werkzeugen (20) in einem Werkzeugmagazin (22) enthalten sind, gekennzeichnet durch die folgenden Bestandteile:
ein Paar von im wesentlichen L-förmigen Fingern (200) mit einem Endteil (262, 263), der drehbar auf dem Werkzeugmagazin (22) befestigt ist, und einem freien Ende, das als Klemmklinke (268, 269) ausgebildet ist, wobei die Paare von Fingern eine Position zum Halten des Werkzeugs einnehmen können, bei der die Klemmklinken ein Werkzeug im wesentlichen senkrecht zu den Achsen der Fingerdrehung halten, und eine Position zur Werkzeugfreigabe, in der die Klemmklinken das Werkzeug freigeben; und
Betätigungsvorrichtungen (256) für die Finger, um die Finger (200) in die Position zum Halten des Werkzeugs und die Position zur Freigabe des Werkzeugs zu bringen.

4. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare von Fingern miteinander durch Paare von Verbindungsgliedern (270, 271) verbunden sind.

5. Werkzeughaltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung für die Finger in einer Richtung senkrecht zu den Achsen der Fingerdrehung bewegt wird.

6. Werkzeugentnahmevorrichtung für eine Werkzeug­ maschine mit einem Werkzeugträger (24), der ein Werkzeugmagazin (22) haltert, in dem eine Vielzahl von Werkzeugen (20) in einer Vielzahl von Werkzeughaltern mit Fingern (200) enthalten sind und sich die Werkzeughalter am Werkzeugmagazin befinden, gekennzeichnet durch:
ein Halteelement (300), das drehbar auf dem Werkzeugträger (24) gehaltert ist;
ein Druckhebel (306), der von dem genannten Halteelement (300) in Richtung auf die Finger (200) verläuft, um gegen die Finger anzustoßen; und
ein Betätigungselement (304), das mit dem Halteelement (300) gekoppelt ist und außerhalb des Umfangs des Werkzeugmagazins (22) liegt, wobei das Betätigungselement den Druckhebel bedient, um diesen in Berührung mit den Fingern zu bringen und die Finger in eine Position überzuführen, in der das Werkzeug freigegeben wird.