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Die
Erfindung betrifft eine Universal-Fräs- und Bohrmaschine mit einem
Arbeitstisch zur Aufspannung der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Gattung.
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Universal-Fräs- und Bohrmaschinen
mit automatischem Werkzeugwechsler sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen
bekannt. In der
DE
196 51 277 A1 ist eine gattungsgemäße Universal-Fräs- und Bohrmaschine
offenbart, deren Werkzeugwechsler einen horizontal verschwenkbaren
Tragarm und eine an diesem horizontal verschwenkbare Greiferanordnung
enthält.
Ein derartiger Werkzeugwechsler ist für den Transport der Bearbeitungswerkzeuge
zwischen einem horizontal angeordneten Werkzeugmagazin und einer
vertikal angeordneten Arbeitsspindel konzipiert. Wenn dieser Werkzeugwechsler
bei Werkzeugmaschinen mit verschwenkbaren Arbeitsspindeln eingesetzt
wird, muss eine horizontal angeordnete Arbeitsspindel für einen
Werkzeugwechsel zunächst
in die Vertikalstellung verschwenkt werden. Bei Bearbeitungen mit
vornehmlich horizontal angeordneter Arbeitsspindel ergeben sich
daher längere
Werkzeugwechselzeiten.
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Aus
der
DE 36 36 498 A1 ist
eine Universal-Fräs-
und Bohrmaschine bekannt, deren Werkzeugwechsler eine zwischen der
Arbeitsspindel und dem Werkzeugmagazin in mehreren Achsen bewegbare
Traganordnung mit einem drehbaren Werkzeuggreifer enthält. Durch
entsprechende Drehung des einzelnen Werkzeuggreifers kann der Werkzeugaustausch
auch zwischen dem horizontal angeordneten Werkzeugmagazin und der
hori zontal angeordneten Arbeitsspindel erfolgen. Da der Werkzeuggreifer
jedoch nur jeweils ein Werkzeug zwischen der Arbeitsspindel und
dem Werkzeugmagazin transportieren kann, muss das an der Arbeitsspindel
auszutauschende Werkzeug zunächst
im Werkzeugmagazin abgelegt werden, bevor dort ein neues entnommen
und in die Arbeitsspindel eingewechselt werden kann. Daher sind
auch dort die Werkzeugwechselzeiten relativ lang.
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Schließlich ist
aus der
DE 37 07 690
A ein um seine Längsachse
verdrehbarer Werkzeugwechselarm bekannt, der an seinem freien Ende
einen Kopf mit zwei zueinander senkrechten Seitenflächen trägt. An den
beiden zueinander senkrechten Seitenflächen dieses Kopfes ist je ein
Arm angeordnet, der zur Aufnahme eines Werkzeuges dient. Mit diesem
bekannten Wechselarm soll es möglich
sein, Werkzeuge mit in zwei parallelen Ebenen rechtwinklig zueinander
gelegenen Längsachsen
gegeneinander auszutauschen oder ein Werkzeug in eine korrespondierende
Stellung zu bringen, was beispielsweise bei der Übergabe eines Werkzeuges mit
senkrechter Längsachse
aus einem Regalmagazin in ein Kettenmagazin mit senkrecht umlaufender
Kette der Fall ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Universal-Fräs- und Bohrmaschine
zu schaffen, die einen schnellen Werkzeugwechsel zwischen einem
Werkzeugmagazin mit vertikal angeordneten Werkzeugen und einer horizontalen
bzw. in eine Horizontalstellung verschwenkbaren Arbeitsspindel ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Fräs- und Bohrmaschine
kann bereits während
der Bearbeitung ein für
den nächsten
Bearbeitungsschritt benötigtes Werkzeug
mit Hilfe des horizontalen Werkzeuggreifers aus dem Werkzeugmagazin
entnommen und für den
Einwechselvorgang bereitgestellt werden. Zum Werkzeugwechsel kann
dann durch eine entsprechende Verfahrbewegung der Traganordnung
das an der horizontalen Arbeitsspindel auszuwechselnde Werkzeug
mit Hilfe des vertikalen Werkzeuggreifers gegriffen und aus der
Arbeitsspindel entnommen werden. Durch anschließende Drehung des Tragarms
um 180° gelangt
das neue Werkzeug an die Stelle des auszuwechselnden Werkzeugs.
Nach dem Spannen des Werkzeugs in der Arbeitsspindel kann dann das
benutzte Werkzeug im Werkzeugmagazin abgelegt und der Werkzeuggreifer
kann in die Ausgangsstellung zurückgefahren
werden. Auf diese Weise sind schnelle Werkzeugwechsel zwischen einem
horizontal angeordneten Werkzeugmagazin und einer horizontal angeordneten
Arbeitsspindel möglich.
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Zweckmäßige Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine
möglichst
geringe Einschränkung
des Arbeitsraums der Werkzeugmaschine durch Teile des Werkzeugwechslers
kann zweckmäßigerweise dadurch
erreicht werden, dass der Tragarm mit den beiden Werkzeuggreifern
an einer im Raum schräg nach
oben und vorne weisenden Tragsäule
angeordnet ist.
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In
einer konstruktiv zweckmäßigen Ausführung ist
die Tragsäule
an einem Schenkel eines in der X-Achse verfahrbaren Winkelschlittens
in der Y-Achse verfahrbar angeordnet.
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Ein
steuerungstechnisch einfacher Antrieb zur Verschiebung der Tragsäule in der
Y-Achse und zur Drehung des Tragarms kann durch einen kurvengesteuerten
Antrieb erfolgen. Der Antrieb kann z.B. einen motorisch drehbaren
Kurvenzylinder mit zwei nutenförmigen
Kurvenbahnen enthalten, in denen jeweils ein Nocken zur Verschiebung
der Tragsäule und
zur Drehung des Trägers
mit den Werkzeuggreifern geführt
ist. Dadurch kann auf schwierig aufeinander abstimmbare Einzelantriebe
verzichtet werden.
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Weitere
Besonderheiten und Vorzüge
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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1:
eine erfindungsgemäße Universal-Fräs- und Bohrmaschine
in schematischer Seitenansicht;
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2:
die in 1 gezeigte Universal-Fräs- und Bohrmaschine in schematischer
Vorderansicht;
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3A–3G:
einen Werkzeugwechsler der in den 1 und 2 dargestellten
Universal-Fräs-
und Bohrmaschine in unterschiedlichen Stellungen;
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4:
einen Antrieb des Werkzeugswechslers in perspektivischer Ansicht;
und
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5:
eine vergrößerte Teilansicht
des in 4 gezeigten Antriebs.
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Die
in den 1 und 2 schematisch dargestellte Universal-Fräs- und Bohrmaschine
enthält ein
Maschinenbett 1 mit zwei auf dessen vorderem Teil angeordneten
horizontalen Führungsschienen 2 und 3,
auf denen ein Werkstückschlitten 4 mit
einem horizontalen Arbeitstisch 5 in einer Y-Achse motorisch verfahrbar
angeordnet ist. Auf dem hinteren Teil des Maschinenbetts 1 sind
zwei zu den Führungsschienen 2 und 3 senkrechte,
horizontale Führungsschienen 6 und 7 montiert,
auf denen ein Fahrständer 8 über eine
motorisch angetriebene Gewindespindel 9 in einer X-Achse
horizontal verfahrbar geführt
ist. Über
vertikale Führungsschienen 10 an
der Vorderseite des Fahrständers 8 ist
eine Konsole 11 in einer Z-Achse vertikal nach oben und
unten verfahrbar geführt.
An einer gegenüber
der Vertikalen um 45° geneigten,
schräg
nach unten weisenden Stirnwand 12 der Konsole 11 ist
ein Schwenkfräskopf 13 mit
einer motorisch drehbaren Arbeitsspindel 14 um eine zur Stirnwand 12 senkrechte
Schwenkachse 15 verdrehbar montiert. Die Arbeitsspindel 14 ist
innerhalb des Schwenkfräskopfes 13 unter
einem Winkel von 45° zur
Schwenkachse 15 drehbar gelagert. Durch eine entsprechende
Drehung des Schwenkfräskopfes 13 um
die Schwenkachse 15 ist die Arbeitsspindel 14 somit
zwischen einer in den 1 und 2 dargestellten
horizontalen Bearbeitungsstellung und einer – nicht dargestellten – vertikalen
Bearbeitungsstellung verschwenkbar.
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Auf
der Oberseite eines am Maschinenbett 1 seitlich befestigten
Ständers 16 ist
ein horizontaler Querträger 17 mit
einem hier als Kettenmagazin ausgeführten Werkzeugmagazin 18 zur
vertikalen Halterung mehrerer Werkzeugaufnahmen 19 bzw.
Werkzeuge angeordnet. Das Werkzeugmagazin 18 enthält eine
mit zangenförmigem
Werkzeughaltern 20 versehene Gliederkette 21,
die um zwei an den beiden Enden des Querträgers 17 angeordnete
Kettenräder 22 geführt ist.
In jedem der zangenförmigen Werkzeughalter 20 sitzt
eine Werkzeugaufnahme 19 mit nach oben weisendem Spannkegel
und nach unten weisendem Werkzeug. Mindestens eines der beiden Kettenräder 22 ist
angetrieben, so dass ein ausgewählter
Werk zeughalter 20 mit dem gewünschten Werkzeug entsprechend
dem jeweiligen Arbeitsprogramm in eine vorgegebene Wechselstellung
verfahren werden kann.
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Zum
Transport der Werkzeuge zwischen der Arbeitsspindel 14 und
dem Werkzeugmagazin 18 ist am Ständer 16 ein Werkzeugwechsler 23 angeordnet,
der eine in der X- und Y-Achse verschiebbare Traganordnung 24 mit
einem um eine 45°-Achse 25 drehbaren
Tragarm 26 enthält,
an dem ein horizontaler Werkzeuggreifer 27 und ein vertikaler
Werkzeuggreifer 28 angeordnet sind. Die Traganordnung 24 enthält einen
Winkelschlitten 29, die an einer an der vorderen Stirnseite
des Ständers 16 angeordneten Führungsleiste 30 geführt und
durch einen Zylinder-Kolben-Antrieb 31 in der X-Koordinatenachse verschiebbar
ist.
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Wie
besonders auch aus 3A hervorgeht, trägt der Winkelschlitten 29 an
einer vertikalen Seitenfläche 32 ihres
nach vorne vorstehenden Teils 33 eine zur ersten Führungsleiste 30 senkrechte
zweite Führungsleiste 34,
an der eine schräg
nach oben und vorne weisende Tragsäule 35 mit einer Traghalterung 36 in
der Y-Achse verschiebbar angeordnet ist. In einem am oberen Teil
der Tragsäule 35 seitlich
vorstehenden zylindrischen Gehäuseteil 37 ist
der Tragarm 26 derart gelagert, dass seine Drehachse 25 in
einer zur Seitenfläche 32 parallelen
Ebene unter einem Winkel von 45° zur
Horizontalen schräg
nach oben verläuft.
Der Tragarm 26 hat an seinem vorderen freien Ende zwei
unter jeweils 45° zu
seiner Drehachse 25 entgegengesetzt schräge und zueinander
senkrechte Auflageflächen 38 und 39,
auf denen der horizontal angeordnete Werkzeuggreifer 27 und
der vertikal angeordnete Werkzeuggreifer 28 auf entgegengesetzte
Seiten vorstehend derart montiert sind, dass deren Stellung durch
Drehung des Tragarms 26 um 180° vertauschbar ist. Am unteren
Ende der Tragsäule 35 ist
ein hohlzylindrisches Gehäuse 41 mit
einer zur Mittelachse der Tragsäule 35 parallel
versetzten Mittelachse angeordnet. Zur Drehung des Tragarms 26 und
zur Verschiebung der Tragsäule 35 in Richtung
der Y-Achse ist in dem Gehäuse 41,
der Tragsäule 35 und
dem zylindrischen Gehäuseteil 37 ein
durch einen Motor 40 betätigter Antrieb 42 angeordnet,
der in 4 dargestellt ist. Anstelle des dargestellten
Elektromotors kann auch ein anderer Antrieb in Form eines Hydraulik-
oder Pneumatikaggregats vorgesehen sein.
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Der
Antrieb 42 enthält
einen im Gehäuse 41 drehbar
gelagerten Kurvenzylinder 43, der durch den Motor 40 über ein
Winkelgetriebe 60 antreibbar ist. Der in 5 vergrößert dargestellte
Kurvenzylinder 43 weist an seiner Mantelfläche eine
vordere und eine hintere nutenförmige
Kurvenbahn 44 und 45 auf, in denen jeweils ein
zylindrischer Nocken 46 bzw. 47 geführt ist.
Die beiden Kurvenbahnen 44 und 45 sind derart
angeordnet, dass sich bei einer Drehung des Kurvenzylinders 43 zunächst der
eine Nocken und zeitlich versetzt der andere Nocken parallel zur
Mittelachse des Kurvenzylinders 43 bewegt. Der vordere
Nocken 46 ist am unteren Ende einer in der Tragstütze 35 geführten Zahnstange 48 angeordnet. Am
oberen Ende der Zahnstange 48 befindet sich eine Verzahnung 49,
die in Eingriff mit einem am hinteren Ende des Tragarms 26 befestigten
Ritzel 50 steht.
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Der
hintere Nocken 47 ist mit dem einen Ende einer Gelenkhebelanordnung 51 verbunden, deren
anderes Ende in einer Nut 52 an einer von dem nach vorne
ragenden Teil 33 des Winkelschlittens 29 schräg nach unten
vorstehenden Halterung 53 geführt ist. Die Gelenkhebelanordnung 51 ist
derart ausgeführt,
dass bei einer Bewegung des Nockens 47 parallel zur Mittelachse
des Kurvenzylinders 43 die Traghalterung 36 mit
der daran befestigten Tragsäule 35 in
Richtung der Y-Achse verschoben wird.
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Wenn
der Kurvenzylinder 43 gemäß 5 in Pfeilrichtung
gedreht wird, wird zunächst
der Nocken 47 schräg
nach oben bewegt, wobei die Traghalterung 36 mit der Tragsäule 37 über den
Gelenkhebelmechanismus 51 in der Führungsschiene 34 nach vorne
verschoben wird. Der vordere Nocken 46 und damit auch die
Zahnstange 48 behalten zunächst ihre Stellungen bei. Erst
wenn die Tragsäule 35 ausreichend
weit verschoben ist, um eine Werkzeugaufnahme vollständig aus
der Arbeitsspindel herauszuziehen, werden auch der Nocken 46 und
die Zahnstange 48 verschoben, wobei der Tragarm 26 mit
den Werkzeuggreifern 27 und 28 verdreht wird.
Beim Weiterdrehen des Kurvenzylinders 43 wird anschließend der
Nocken 47 wieder zurückgeschoben,
so dass auch die Traghalterung 36 mit der Tragsäule 37 in
die Ausgangsstellung gelangt und die Werkzeugaufnahmen mit dem neuen
Werkzeug in die Arbeitsspindel 14 geschoben wird.
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Auf
diese Weise können
die für
das Verschwenken der Werkzeuggreifer und das Herausziehen bzw. Einführen der
Werkzeugaufnahmen an der Arbeitsspindel erforderlichen Verfahrbewegungen mit
einem einzigen Motor realisiert werden.
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Anhand
der 3A bis 3G wird
im folgenden ein Werkzeugwechselvorgang erläutert:
Aus einer in 3A dargestellten
Ausgangsstellung wird der Winkelschlitten 29 durch entsprechende
Ansteuerung des Zylinder-Kolben-Antriebs 31 in X-Richtung
zunächst
an der Führungsschiene 30 in eine
in 3B gezeigte Übernahmestellung
verfahren, in welcher der horizontale Werkzeuggreifer 27 mit
seinen beiden seitlich verschenkbaren Greiferarmen 54 eine
an einer Übergabestelle
im Werkzeugmagazin befindliche Werkzeugaufnahme 55 mit
einem einzuwechselnden Werkzeug 56 greift. Anschlie ßend wird
der Winkelschlitten 29 durch entsprechende Betätigung des
Zylinder-Kolben-Antriebs 31 an der Führungsschiene 30 in
X-Richtung zur Horizontalspindel 14 verfahren, bis der
vertikale leere Werkzeuggreifer 28 mit seinen Greiferarmen 57 gemäß 3C die
in der horizontalen Arbeitsspindel 14 enthaltene Werkzeugaufnahme 58 mit
dem auszuwechselnden Werkzeug 59 greift.
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Nach
Lösung
einer an sich bekannten Werkzeugklemmung innerhalb der Arbeitsspindel 14 wird durch
eine entsprechende Ansteuerung des Motors 40 zunächst die
Traghalterung 36 mit der Tragsäule 35 an der zweiten
Führungsschiene 34 von
der Arbeitsspindel 14 weg in eine in 3D gezeigte
vordere Stellung verfahren, in der der hintere Teil der Werkzeugaufnahme 58 einen
ausreichend großen Abstand
von der vorderen Stirnfläche
der Arbeitsspindel 14 aufweist.
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Sobald
die Traghalterung ihre in 3D dargestellte
vordere Stellung erreicht hat, wird der Tragarm 26 über die
Zahnstange 48 durch weitere Drehung des Kurvenzylinders 43 mittels
des Motors 40 gemäß 3E um
180° gedreht,
wobei der Werkzeugwechsler 27 mit dem einzuwechselnden
Werkzeug 56 in die vertikale Stellung und der Werkzeugwechsler 28 mit
dem auszuwechselnden Werkzeug 59 in die horizontale Stellung
gelangt, wie dies in 3F gezeigt ist.
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Durch
weitere Drehung des Kurvenzylinders 43 mit Hilfe des Motors 40 wird
dann die Traghalterung 36 mit der Tragstütze 35 entlang
der Führungsschiene 34 wieder
nach hinten verschoben, wobei die Werkzeugaufnahme 27 mit
dem einzuwechselnden Werkzeug 56 gemäß 3G in
die Arbeitsspindel geschoben wird. Nach entsprechender Klemmung der
Werkzeugaufnahme 27 innerhalb der Arbeitsspindel 14 kann
dann der Winkelschlitten 29 durch entsprechende Ansteuerung
des Zylinder- Kolben-Antriebs 31 entlang
der Führungsschiene 30 in Richtung
des Werkzeugmagazins verfahren und das Werkzeug 59 im Werkzeugmagazin
abgelegt werden.
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Durch
den in 3 dargestellten Kurvenantrieb
wird die Verschiebe- und Drehbewegung aus einer einzigen Drehbewegung
in einer Richtung abgeleitet. Dadurch kann auf kompliziert zu steuernde
Einzelantriebe verzichtet werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte und in der Beschreibung
erläuterte
Ausführungsbeispiel
beschränkt.
So kann z.B. das Werkzeugmagazin auch als Tellermagazin oder dgl.
ausgeführt
sein. Anstelle des kurvengesteuerten Antriebs für die Verfahrbewegung der Traganordnung
und die Drehbewegung des Tragarms können außerdem auch Einzelantriebe
verwendet werden.