DE1652717A1 - Vorrichtung zum Auswechseln von Werkzeugen an Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Auswechseln von Werkzeugen an Werkzeugmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum insbesondere automatischen Auswechseln von Werkzeugen an drehbaren Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen mit an oder in der Spindel angeordneten Spannmitteln zum Festlegen eines in seiner Form der Aufnahme der Spindel angepaßten Werkzeuges oder Werkzeughalters.
• Beim Wechseln von Werkzeugen an drehbaren Arbeitsspindeln, sei es von Hand oder mittels einer selbsttätig arbeitenden Einrichtung, sind mehrere Bewegungen in unterschiedlichen Richtungen auszuführen. Zunächst muß das z.B. aus einem Speicher zu entnehmende Werkzeug in eine Position vor der Spindelnase gebracht werden. Dies geschieht durch eine geradlinige oder gekrümmte Bewegung von der Seite her. Dann erfolgt als weiterer Schritt das Einschieben des Werkzeuges in die Spindel in axialer Richtung.
• Das Heranbringen des Werkzeuges in die Position vor der Spindelnase setzt notwendigerweise voraus, daß vor der Spindel genügend Platz vorhanden ist. Die Bewegung muß in einem auereichenden Abstand von der Stirnseite der Spindel enden, damit keine Kollision des hinteren Endes des Werkzeuges bzw. den Werkzeughaltern mit der Spindel eintritt. Ein solcher Abstand ist ebenso am vorderen Ende den Werkzeugen einzuhalten, zmm dort eine Berührung mit dem zu bearbeitenden Werkstück zu verhindern. Daraus folgt, daß vor der Spindel eine freie Länge zur Verfügungstehen muß, die die Länge des Werkzeuges erheblich übersteigt. Da zu dieser Länge außerdem der in die Spindel einzuschiebende Teil (Konus) des Werkzeuges gehört, ergibt sich, daß zur Durchführung des Werkzeugwechsels ein Abstand zwischen Spindel und Werkstück hergestellt_werden muß, der größer ist als der größte während der Bearbeitung des Werkstückes benötigte Abstand. Dies ist namentlich bei beschränkten Raumverhältnissen sehr unangenehm, weil jeweils für den Werkzeugwechsel die Spindel und das Werkstück voneinander wegbewegt werden müssen, bis der erforderliche Abstand erreicht ist. Voraussetzung hierfür sind außerdem entsprechend lange Führungen und Verschiebewege oder sogar zusätzliche Führungselemente und Antriebe. Die Werkzeugmaschine wird hierdurch aufwendiger. Die Bewegungen zur Herstellung dieses Abstandes und weiterhin die Einschiebebewegung des Werkzeuges in die Spindel sind nicht gering. Sie erfordern deshalb auch eine bestimmte Zeit, die für die Bearbeitung nicht genutzt werden kann. Dies ist ein weiterer Nachteil der bekannten Ausführungen. Hinzu kommt, daß eine selbsttätig arbeitende Werkzeugwechaeleinrichtung, die vielfach ohnehin schon komplizierte Bewegungen ausführen muß, um das Werkzeug vor die Spindel zu bringen, für das Einschieben den Werkzeuges in die Spindel einen zusätzlichen Freiheitsgrad benötigt. Ziel der Erfindung ist es, die bestehenden Nachteile und Unannehmlichkeiten so weit wie möglich zu beheben und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl beim Werkzeugwechsel von Hand als auch bei selbst-tätigem Werkzeugwechsel geringeren Rauet vo*er Spindel ver- langt und den Bewegungsablauf einfacher gestaltet. Dabei strebt die Erfindung weiterhin an, eine derartige Vorrich-tung so zu gestalten und auszurüsten, daß ein halb- oder volleelbettritiger Werkzeugweoheel in besonders günstiger Weise möglich ist. Die Erfindung sieht vor, daß miteinander zu verspannende Teile der Spindel einerseits und der Werkzeuge bzw. Werkzeughalter andererseits eine Form aufweisen, die im nicht verspannten Zustand dieser Teile ein Aufschieben der Werkzeuge bzw. Werkzeughalter auf die Spindel und ein Abnehmen von derselben durch eine quer zur Spindelachse gerichtete Bewegung gestattet-: Eine solche Vorrichtung zeichnet sich durch eine Reihe wesentlicher Vorteile aus. Der für die Durchführung des Werkzeugwechsels erforderliche Raum vor der Spindel ist wesentlich geringer als bei den bekannten Ausführungen, bei denen ein mehr oder weniger langer Linsteckschaft an den Werkzeugen vorhanden ist, der erst vor die Spindel gebracht und dann axial in die Spindel eingeführt werden muß. Diese axiale Einschiebebewegung fällt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung fort. Die Bewegungen beim Auswechseln der Werkzeuge werden deshalb erheblich vereinfacht, so daß der Wechsel leichter und schneller vonstatten gehen kann. Ganz besonders günstig wirkt sich dies auf ein automatisches Wechseln der Werkzeuge aus. Eine nach dem Erfindungsgedanken ausgebildete Wechselvorrichtung ist unkomplizierter und weniger aufwendig als bekannte Vorrichtungen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung brauchen lediglich die zur gegenseitigen Anlage oder zum Eingriff bestimmten Teile an Spindel und Werkzeug oder Werkzeughalter nach dem quer zur Spindelachee erfolgten Aufschieben miteinander verspannt zu werden. Der dazu notwendige geringe Weg wird aber von den Spannmitteln übernommen und braucht nicht von einem Organ der Wechselvorrichtung ausgeführt zu werden. Die zum Anbringen und Abnehmen der Werkzeuge dienende Bewegung quer zur Spindelachne kann eine geradlinige Bewegung sein oder aber auch gekrümmt verlaufen, wenn dies im Hinblick auf die Gegebenheiten des Einzelfalles zweckmäßig ist oder z.B. durch Verwendung eines schwenkbaren Wechselarmes od.dgl. erforderlich sein sollte. Die Ebene, in der eine solche Bewegung stattfindet, steht vorzugsweise im rechten Winkel zur Spindelaehse. Es ist jedoch nicht grundsätzlich ausgeschlossen, auch einen anderen Winkel zu wählen, wenn dies die Umstände wünschenswert erscheinen lassen. Eine vorsteilhafte Ausführung besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Spindel und die Werkzeuge bzw. Werkzeughalter einander über- oder hintergreifende Teile aufweisen. Es kann sich dabei um Leisten, Vorsprünge, Ansätze u.dgl. handeln, die von Ausnehmungen, Nuten, Durchlässen u.dgl. aufgenommen werden. Es ist dabei auch möglich, mehrere solcher Durchlässe oder Nuten-in kreuz- oder sternförmiger Anordnung vorzusehen. Zweckmäßig bilden die sich über- oder hintergreifenden Teile an der Spindel und den Werkzeugen bzw. Werkzeughaltern Führungen, die das Aufschieben und Abnehmen von Werkzeugen bzw. Werkzeughaltern besonders erleichtern und der Einhaltung der richtigen Lage dienen. Die Führungen lassen sich beispielsweise als Schwalbenschwanzführungen und/oder Flachführungen ausbilden. Die sich über- oder hintergreifenden Teile an der Spindel und an den Werkzeugen bzw. Werkzeughaltern können von den Spannmitteln getrennt sein oder sie können ganz oder teilweise durch die letzteren gebildet sein. Zur Zentrierung der Werkzeuge bzw. Werkzeughalter auf der Spindel lassen sich beim Aufschieben wirksam werdende Elemente wie Rasten od.dgl. anordnen. Insbesondere sieht die Erfindung beim Festspannen des Werkzeuges bzw. Werkzeughaltere an der Spindel miteinander zum Eingriff kommende Zentrierelemente vor. Diese können unabhängig von den Spannmitteln sein und z.B. die Form von kegeligen Ansätzen haben, die in entsprechende Ausnehmungen eingreifen, oder auch als Verzahnung ausgebildet sein. Weiterhin kann es auch von Vorteil sein, wenn die Zentrierelemente ganz oder teilweise durch die Spannmittel gebildet oder an diesen angeordnet sind.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind beiderseits der Spindel Führungen für die Werkzeuge bzw. Werkzeughalter vorgesehen. Dies bietet bei der Durchführung des Werkzeugwechsels von Hand den Vorteil, daß das Aufschieben des nächsten Werkzeuges auf die Spindel und das Abnehmen des zuvor benutzten Werkzeuges besonders einfach und schnell erfolgen kann. Weiterhin lassen sich bei entsprechender Iänge solcher Führungen die einzelnen zum aufeinanderfolgenden Einsatz bestimmten Werkzeuge in eine vorbereitende Position in unmittelbarer Nähe der Spindel bringen. In diesem Fall bilden die Führungen bereite einen Speicher. Die Anordnung läßt sich weiterhin so treffen, daß auch für einen automatischen Werkzeugwechsel die erforderlichen Werkzeuge untergebracht werden können. Für einen ganz oder teilweise selbsttätigen Werkzeugwechsel wird den Führungen eine Verschiebe- oder Transportvorrichtung zugeordnet. Es kann sich dabei z.B. um einen oder mehrere Verschiebezylinder handeln, deren Kolbenstangen mit einschwenkbaren Mitnehmern oder Fingern an den Werkzeugen bzw. Werkzeughaltern angreifen und diese jeweils um einen Schritt weiter schieben. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung einen endlosen Transportorgane, etwa einer Kette, wobei der Eingriff in die Werkzeuge oder Werkzeughalter derart ist, daß in Bewegungsrichtung der Kette eine Mitnahme der Werkzeuge oder Werkzeughalter erfolgt, daß jedoch ein Werkzeug quer dazu aus der Kette herausgefahren werden kann, wenn es auf der Spindel sitzt und sich mit dieser bewegt. Bei einer anderen, für automatischen Werkzeugwechsel ge- eigneten Ausbildung der Vorrichtung sieht die Erfindung einen an sich bekannten zweiarmigen ßreiferhebel od.dgl. zum Zu- und Abführen von Werkzeugen bzw. Werkzeughaltern zur und von der Spindel vor. Hierbei kann ein für eich verstellbarer Speicher benutzt werden, so daß die Reihenfolge der zum Einsatz gelangenden Werkzeuge nicht fest vorgegeben, sondern wählbar ist.
• Weitere Merkmale und Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung einzelner in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

  Fig. 1 eine erste Ausführung der Vorrichtung mit auf der

  Spindel befindlichem Werkzeughalter zum Teil im

  Schnitt nach der Linie I - I in Fig. 3,

  Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Spindelnase

  der Ausführung nach Fig. 1,

  Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,

  Fig. 4 schematisch einige Werkzeughalter in Aufeinanderfol-

  ge,

  Fig. 5 eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Vor-

  richtung zum Teil im Schnitt nach der Linie V - Y

  in Fig. 6,

  Fig. 6 die Stirnseite der Spindel nach Fig. 5,

  Fig. 7 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Vor-

  richtung in perspektivischer Darstellung und

  Fig. 8a bis 8d schematisch die Durchführung eines Wechsel-

  vorganges mit der Vorrichtung nach Fig. 7.

  Bei der Ausführung nach den Pig. 1 bis 3 ist eine drehbare Arbeitsspindel 1 in einem Ständer, Getriebekasten, Gehäuse 2 od.dgl. gelagert. Es kann eich dabei um eine Bearbeitungseinheit, nm ein Bohrwerk oder um eine sonstige Maschine handeln, bei der das Problem den Auswechselne von mit der Arbeitsapindel umlaufenden Werkzeugen besteht. Die Spindel 1 und jeweils der auf ihr festzulegende, z.H. mit einem Auedrehwerk$eug 4 ausgerüstete Werkzeughalter 3 weiser: mit-einander zu verspannende, sich übergreifende Teile 1a utid 3a auf, die gleichzeitig quer zur Spindelachne verlaufende Führungen bilden. Die eine Führung 5 hat dabei die Form einer Schwalbenschwanzführung, während die andere Führung 6 eine Flachführung ist. In der Spindel 1 ist als Spannglied eine Stoßstange 7 mittels eines nicht besonders dargestellten Antriebs verschiebbar. Dieselbe weist am vorderen Ende einen Konus 7a auf, der in eine entsprechend konische Auanehmung im Werkzeughalter 3 eingreift. Hierdurch wird der Werkzeughalter zentriert und infolge der von der Stoßstange 7 ausgeübten Druckkraft gespannt, wobei die Flächen der Führungen 5 und 6 zur festen gegenseitigen Anlage kommen. Zum Wechseln den Werkzeuges wird die Stoßstange 7 aus der in Fig. 1 wiedergegebenen Lage zurückgezogen. Damit ist die Verspannung der beiden Teile 3a und 1a aufgehoben. Der Werkzeughalter 3 kann nun einfach quer zur Spindelachse abgezogen werden. Ebenso einfach läßt sich ein neuer Werkzeughalter von der Seite her auf die Spindel 1 aufschieben. Durch Vorwärtabewegen der Stoßstange'7 wird dieser neue Werkzeughalter zentriert und gespannt. Aus Fig. 1 ist weiterhin erkennbar, daß eine solche Vorrichtung einen Werkzeugwechsel auf engstem Raum gestattet, weil keine axiale Einschiebebewegung erforderlich ist. Gegenüber einem mit strichpunktierter Linie W angedeuteten Werkstück braucht die Spindel für den Werkzeugwechsel nicht weiter zurückgezogen werden als es während der Bearbeitung beim Übergang von einer Bohrung zur nächsten auch geschieht. Um das Wechseln der Werkzeuge noch weiter zu erleichtern bzw. um eine automatische Durchführung des Wechselvorganges zu ermöglichen, sind zu beiden Seiten der Spindel 1 Führungen 8 und 9 für die Werkzeughalter angeordnet, wie besondere Fig. 3 erkennen läßt. Diese Führungen können mit Hilfe von Armen od.dgl. am Gehäuse oder Maschinenständer befestigt sein. Durch diese Führungen ist die Verschieberichtung der Werkzeughalter relativ zur Spindel festgelegt. Dies bedingt, daß die Spindel beim Wechselvorgang immer dieselbe Winkelposition einnimmt. Eine solche Einstellung der Spindel ist mit bekannten Mitteln ohne Schwierigkeiten möglich. Bei selbsttätigem Wechsel ist den Führungen 8, 9 eine Vorschubvorrichtung für die Werkzeughalter zugeordnet, die beispielsweise eine intermittierend antreibbare Kette 10 enthält. Letztere bewegt sich in einer Ausnehmung der unteren Führung g und weist nach oben gerichtete Mitnehmer 11 auf, die in Nuten 12 der Werkzeughalter 3 eingreifen. Die Nuten 12 verlaufen parallel zur Spindelachse, so daß der jeweils auf der Spindel sitzende Werkzeughalter zusammen mit der Spindel ungehindert ein- und ausgefahren werden kann, während andererseits beim Wechsel die Mitnahme durch die Kette in Querrichtung zur Spindel erfolgt. Unabhängig vom Vorhandensein einer Vorschub- oder Transportvorrichtung bzw. zusätzlich dazu können die Werkzeughalter an ihren einander-zugewandten Seiten mit abgeschrägten oder kalottenfcfrmigen Abstandsstücken 13 versehen sein. Für dieselben läßt sich ggfs. auch ein Werk-Stoff mit gewisser Elastizität verwenden. Bei der Ausführung nach den Figuren 5 und 6 ist in der Spindel 15 eine Spannstange 16 mittels Antriebs verschiebbar, die anschließend an einen abgesetzten Schaft einen Kopf 16a aufweist. Der Werkzeughalter 17 umgreift mit seinem der Spindel 15 zugekehrten Teil 17a den Kopf 16a und ist mit einem sich von der einen Seite zur gegenüberliegenden Seite erstreckenden DurchlaD 18 versehen, der auf seiner ganzen Länge der Gestalt des vorderen Teiles der Spannstange 16 angepaßt ist, so daB auch hier der Werkzeughalter 17 quer zur Spindelaehse verschiebbar ist. Die einander hintergreifenden Teile 16a und 17a werden bei dieser Ausführung also unter Verwendung der Spannmittel gebildet. Zum Spannen des Werkzeughalters 17 wird die Spannstange 16 in Richtung auf die Spindel 15 zurückbewegt (in Pig. 5 nach rechte), wobei sich der Kopf 16a gegen die ihm zugewandte Begrenzungsfläche des Durchlasses 18 legt. Der Werkzeughalter 17 wird dadurch an die Spindel 15 herangezogen. Er kommt dabei einmal gegen eine Stützfläche 15a zu liegen und greift zum anderen mit konischen Zentrieransätzen 17b in entsprechend konische Ausnehmungen 15b der Spindel 15 ein. Die zentrierenden Elemente sind hierbei also von den Spannmitteln getrennt. Es ist aber auch möglich, die Zentrierung durch die Spannstange 16 zu bewirken. Dazu kann der Kopf 16a derselben eine Kegelform erhalten und in eine entsprechend kegelige Aufnahme im Werkzeughalter 17 eingreifen, wie in ?ig. 5 mit strichpunktierten Linien 19 angedeutet ist. In Fig. 7 ist eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei der zum automatischen Werkzeugwechsel ein zweiarmiger Greiferhebel 21 vorgesehen ist, um gleichzeitig einen Werkzeughalter 23 von der Spindel 22 abzuziehen und einen anderen Werkzeughalter 24 aus einem mit strichpunktierten Linien angedeuteten Speicher 25 zu entnehmen. Da keine axiale Einschiebebewegung erforderlich ist, gestaltet sich auch eine solche Vorrichtung sehr ein-fach. Gegenüber der Ausführung nach pig. 3 besteht hier die Möglichkeit, die Reihenfolge der einzueetzenden Werk- zeuge bei gesonderter Veratellbarkeit des Speichers zu wählen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann crr Speicher grundsätzlich so ausgebildet sein, daß die zum Aufschieben und Festlegen eines Werkzeugen oder werkseughalters auf der Spindel dienenden Teile auch zum Einführen oder Festle- gen den Werkzeuges bzw. Werkzeughalters im Speicher dienen. Der Ablauf eines Wechselvorganges ist in den Figuren 8a bis 8d schematisch wiedergegeben. Die einzelnen Schritte sind dabei folgender

  Fig. 8a Spindel S dreht, Werkzeug A ist auf der-Spindel

  gespannt und arbeitet, Werkzeug B wartet im Spei-

  cher, Hebel H wartet;

  Pig. 8b Spindel S steht, Hebel H ist um 90o in Pfeilrich-

  tung geschwenkt und faßt die Werkzeuge A und B;

  Fig. 8c Spindel S steht, Hebel H ist um 180o in Pfeilrich-

  tung geschwenkt und hat die Werkzeuge A und Bver-

  tauacht, Werkzeug B wird auf der Spindel gespannt,

  Werkzeug A im Speicher abgelegt;

  Fig. 8d Spindel S dreht, Werkzeug B arbeitet, Hebel H ist

  um 900 in Pfeilrichtung in Wartestellung geschwenkt,

  neues Werkzeug C wartet im Speicher.

  Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekann-te Stand der Technik es zuläßt, für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen werden, auch wenn sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich erwähnt sind.

Claims (1)

1. 2 a t e n t a n s p r ü c h e f `, 1. Vorrichtung zum insbesondere automatischen Auswechseln von Werkzeugen an drehbaren Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen mit an oder in der Spindel angeordneten Spannmitteln zum Festlegen eines in seiner Form der Auf-nahme der Spindel angepaßten Werkzeuges oder Werkzeughal- ters, dadurch gekennzeichnet, daß miteinander zu verspannende Teile der Spindel (i; 15; 22) einerseits und der Werkzeuge bzw. Werkzeughalter (3; 17; 23) anderer-seits eine Form aufweisen, die im nicht verspannten Zu- stand dieser Teile ein Aufschieben der Werkzeuge bzw. Werk- zeughalter (3; 17; 23) auf die Spindel (i; 15; 22) und ein Abnehmen von derselben durch eine quer zur Spindelachse gerichtete Bewegung gestattet. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB an der Spindel (1; 15; 22) und den Werkzeugen bzw. Werk- zeughaltern (3; 17; 23) einander über- oder hintergreifen- de Teile (1 a, 3a; 16a, 17ä) vorgesehen sind. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß die sich über- oder hintergreifenden Teile (1a, 3a) Führungen (5, 6) bilden. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sich über- oder hintergreifenden Tei- le ganz oder teilweise durch Spannmittel (16a) gebildet sind. 5. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeich- net durch beim ?entspannen des Werkzeuges bzw. Werkzeug- halters (17) an der Spindel (15) miteinander zum Eingriff kommende Zentrierelemente (15b, 17b). 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierelemente (7a) ganz oder teilweise durch die Spannmittel (7) gebildet oder an diesen angeordnet sind. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-bis 6, gekennzeichnet durch beiderseits der Spindel (1) angeordnete Führungen (8, 9) für die Werkzeuge bzw. Werkzeughalter (3). B. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (8, 9) Teil eines Speichers für die Werkzeuge bzw. Werkzeughalter (3) sind. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Führungen (8, 9) eine Verschiebe-oder Transportvorrichtung für die Werkzeuge bzw. Werkzeughalter (3) zugeordnet ist. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten Greiferhebel (21) zum Zu-und Abführen von Werkzeugen bzw. Werkzeughaltern (23, 24) zur und von der Spindel (22).