DE3327512A1

DE3327512A1 - Werkzeugwechselvorrichtung

Info

Publication number: DE3327512A1
Application number: DE19833327512
Authority: DE
Inventors: Mikio Komaki Kinoshita
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1982-07-31
Filing date: 1983-07-29
Publication date: 1984-02-16
Also published as: US4505020A; GB2127718B; GB2127718A; DE3327512C2; JPS6218306B2; GB8320540D0; JPS5924934A

Description

OKUMA MACHINERY WORKS LTD.
32, Tsujimachi-1-chome
Kita-ku, Nagoya-shi
JAPAN

Werkzeugwechselvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugwechselvorrichtung zum Austausch von Werkzeugen in einem Werkzeugspeichermagazin einer Werkzeugmaschine oder einer Zentraleinheit zur maschinellen Bearbeitung beim Wechsel der Werkstücke auf der Werkzeugmaschine.

Werkzeugmaschinen und Zentraleinheiten zur maschinellen Bearbeitung stehen heute in einer Vielzahl von Größen und Leistungsgruppen zur Verfügung. Selbst eine kleine Zentraleinheit zur maschinellen Bearbeitung kann eine große Anzahl von Werkzeugen verwenden, d. h. mehrere Zehnergruppen von Werkzeugen, die in dem Werkzeugspeichermagazin gespeichert werden müssen, wenn die auszuführende Bearbeitung eine große Anzahl von Bearbeitungsarten oder Bearbeitungsschritten erfordert. Andererseits erfordern große Zentraleinheiten zur maschinellen Bearbeitung von großen Werkstücken Werkzeuge, deren Größe und damit Gewicht sehr groß ist. Üblicherweise schließen die

Werkzeuggruppen in dem Werkzeugspeichermagazin Werkzeuge, die speziell für das Werkstück auf der Maschine verwendet werden, und Werkzeuge ein, die gemeinsam auch für andere Arten von Werkstücken verwendet werden können. Bei einem Wechsel des Werkstückes auf der Werkzeugmaschine ist es daher erforderlich, diese speziellen Werkzeuge durch neue Werkzeuge zu ersetzen, die für die Bearbeitung des neuen Werkstücks benötigt werden. Dieser Ersatz oder Austausch ist auch bei den gemeinsam verwendeten Werkzeugen erforderlich, wenn diese zu weit abgenutzt sind oder gebrochen sind oder wenn sie überprüft werden müssen. Diese Werkzeugaustauscharbeit belastet die Bedienungsperson nicht sehr, wenn das Werkzeugspeichermagazin klein und vom Trommel-Typ ist und lediglich in der Lage ist, einige Werkzeuge aufzunehmen. Wenn die Anzahl der Werkzeuge jedoch sehr groß ist oder die Werkzeuge sehr schwer sind, so stellt diese Werkzeugaustauscharbeit eine starke Belastung der Bedienungsperson dar und der Bedienungsperson drohen in vielen Fällen Gefahren. Dies ist vom Standpunkt der Betriebssicherheit aus sehr nachteilig. TJm dieses Problem zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen, die Werkzeuge automatisch dadurch auszutauschen, daß mit Hilfe eines Industrieroboters ein Reserve- oder Hilfsmagazin vorbereitet wird. Dieser Vorschlag ist jedoch nicht zweckmäßig, weil hierfür ein spezieller Roboter erforderlich ist, der im allgemeinen aufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftliche und sichere Werkzeugwechselvorrichtung zu schaffen, die den Werkzeugwechsel oder Werkzeugaustausch in kurzer Zeit durchführen kann, um die Wartezeiten zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Werkzeugwechselvorrichtung ist für eine Werkzeugmaschine oder eine Zentraleinheit zur maschinellen Bearbeitung bestimmt, die mit einem Werkzeugspeiche rmagazin, das einen linearen Abschnitt aufweist, in dem eine Vielzahl von Werkzeugen in einer Reihe unter vorgegebenen gegenseitigen Abständen angeordnet ist, und mit einem Werkzeugwechselarm versehen ist, mit dessen Hilfe der Werkzeugaustausch zwischen einer Werkzeugmaschine und dem Magazin erfolgt. Die Werkzeugwechselvorrichtung weist hierbei einen Drehkopf mit einer Anzahl von Werkzeughaiteabschnitten auf, der eine Indexdrehung ausführen kann, um irgendeinen der Werkzeughalteabschnitte in eine Indexposition benachbart zu dem geradlinigen Abschnitt des Werkzeugspeichermagazins zu bringen. An jedem der Werkzeughalteabschnitte des Drehkopfes ist eine Anzahl von Werkzeuggreifern angeordnet, die Werkzeuge derart erfassen können, daß sich die Achsen der erfaßten Werkzeuge in der gleichen Richtung wie die Achsen der Werkzeuge erstrecken, die in dem linearen Abschnitt des Werkzev.gspeichermagazins gespeichert sind, wobei die Achsen der erfaßten Werkzeuge einen gegenseitigen Abstand aufweisen, der gleich dem gegenseitigen Abstand zwischen Werkzeugen ist, die in dem geradlinigen Abschnitt des Werkzeugspeichermagazins gespeichert sind. Die Werkzeugwechselvorrichtung weist weiterhin eine Antriebseinrichtung auf, die eine selektive Bewegung der

Werkzeuggreifer bei in der Indexstellung befindlichem Werkzeughalteabschnitt in der Sichtung der Achsen der erfaßten Werkzeuge und in einer hierzu senkrechten Richtung in Richtung auf den geradlinigen Abschnitt des Werkzeugspeichermagazins und von diesem fort hervorrufen kann, um auf diese Weise einen Werkzeugaustausch zwischen den Werkzeuggreifern und dem Magazin hervorzurufen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Werkzeugmaschine mit einer ersten Ausführungsform der Werkzeugwechselvorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Werkzeugwechselvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Vorderansicht eines an einer Seite eines Drehkopfes der ersten Ausführungsform angeordneten Werkzeuggreiferteils und einer Antriebseinrichtung für das Greiferteil,

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht entlang der Linie V-V nach Fig. 3, Fig. 6 eine Vorderansicht einer Werkzeugmaschine mit

mit einer zweiten Ausführung'sform der Werkzeugwechselvorrichtung,

Fig. 7 eine Seitenansicht der Werkzeugwechselvorricht-ung nach Fig. 6.

Die in den Figuren dargestellte Werkzeugmaschine oder zentrale Einheit zur maschinellen Bearbeitung weist ein Bett 1 auf, an dessen Hinterseite (linke Seite gemäß Fig. 1) ein vertikaler Ständer 2 befestigt ist. Das Bett 1 ist auf der Oberseite mit einer horizontalen Führungsoberfläche senkrecht zum Ständer 2 versehen. Die horizontale Führungsoberfläche trägt einen verschiebbaren Schlitten 3» dessen Position mit Hilfe einer numerischen Rechnersteuerung über eine (nicht gezeigte) Kugelspindel gesteuert wird, die von einem Servomotor angetrieben wird. Der Schlitten 3 ist auf seiner Oberseite mit einer horizontalen Führungsoberfläche versehen, die sich unter einem rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des Schlittens erstreckt. Diese horizontale Führungsoberfläche trägt einen verschiebbaren Tisch 4, dessen Position durch eine numerische Steuereinrichtung über eine (nicht gezeigte) Kugelspindel gesteuert wird, die von einem Servomotor angetrieben wird. Der Ständer 2 trägt eine drehbare Spindel 5, die sich in Horizontalrichtung in Richtung auf den Schlitten 3 erstreckt. Die Spindel 5 kann in vertikaler Richtung mit Hilfe eines Servomotors bewegt werden. Die Position der Spindel 5 wird durch eine numerische Rechnersteuerung gesteuert. Ein Werkzeugspeichermagazin 6 ist an einer Seite des Ständers 2 angeordnet. Das Werkzeugspeichermagazin 6 weist eine Vielzahl von

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Werkzeugaufnahmeschalen auf, die endlos miteinander verbunden sind und vertikale Stränge oder geradlinige Teile bilden. Die Werkzeugaufnahmeschalen können selektiv zwischen einer Werkzeugwechselposition A benachbart zur Spindel 5 und einer Werkzeugaustauschposition B gegenüberliegend zur Spindel 5 schrittweise weiterbewegt werden, wobei die Werkzeugaustauschposition B die Positionen B^., Bn und B^ einschließt. In jedem geradlinigen Abschnitt des Werkzeugspeichermagazins 6 sind die Werkzeuge in einer Reihe unter gleichförmigen Abständen angeordnet. Eine Führungsschiene 7 erstreckt sich zwischen der Werkzeugwechselposition A und der Position, zu der die Spindel 5 für den Werkzeugwechsel bewegt wird. Ein automatischer Werkzeugwechselarm 8 ist verschiebbar von der Führungsschiene 7 gehaltert und kann sich zwischen der Werkzeugwechselposition A und der Spindelposition zum automatischen Werkzeugwechsel bewegen, wobei die Bewegung des Werkzeugwechselarms 8 in Abhängigkeit von Befehlen von der numerischen Rechnersteuereinrichtung erfolgt. Die Konstruktion der soweit beschriebenen Werkzeugmaschine ist gut bekannt und nicht neu.

Im folgenden wird eine erste Ausführungsform der Werkzeugwechselvorrichtung zum Austausch der Werkzeuge in dem Werkzeugspeichermagazin 6 beschrieben.

Die Werkzeugwechselvorrichtung weist eine Grundplatte 11 auf, auf deren Oberseite horizontale Führungen 12 und 12 ausgebildet sind, die sich parallel zueinander erstrekken. Die Führungen 12 tragen ein bewegliches Bett 13, das mit Hilfe der Betätigung eines Hydraulikzylinders oder einer Kombination aus einer Vorschubspindel und einem

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Motor zwischen zwei Positionen beweglich ist. Das bewegliche Bett 13 trägt einen Drehkopffuß 15· Ein vieleckiger Drehkopf, der bei der dargestellten Ausführungsform achteckig ausgebildet ist, ist schrittweise um eine Welle 16 drehbar gehaltert, die sich horizontal und parallel zur Bewegungsrichtung des beweglichen Bettes 13 erstreckt. Die schrittweise Drehung wird durch einen Schrittschaltmotor 18 erreicht. Jeweils abwechselnde Seiten 17a» 17b, 17c und I7d des achteckigen Drehkopfes, die einen gegenseitigen Abstand von 90 ° aufweisen, schließen Werkzeughalteteile ein. Jedes Werkzeughalteteil weist eine Anzahl von Führungsoberflächen auf, die sich senkrecht zur zugehörigen Seite 17a, 17b, 17c oder I7d des achteckigen Drehkopfes und parallel zur Vorderfläche des Drehkopfes 17 erstrecken. Bei der dargestellten Ausführungsform weist jedes Werkzeughalteteil drei Führungsoberflächen 58a, 58b und 58c auf, die sich senkrecht zur entsprechenden Seite 17a, 17b, 17c oder 17d Seite an Seite und mit dem gleichen gegenseitigen Abstand wie die Werkzeugaufnahmeschalen in dem Werkzeugspeichermagazin 6 erstrekken. Die Führungsflächen 58a, 58b und 58c haltern verschiebbare Werkzeugschlitten -19a, 19b und 19c. Werkzeuggreifer 20a, 20b und 20c sind entlang der Längsmittellinien der Werkzeugschlitten derart angeordnet, daß sich die Achsen der Werkzeuggreifer parallel zueinander an der Außenseite der Seite des Achteckes, beispielsweise 17a., erstrecken. Dies heißt mit anderen Worten, daß jeder Werkzeuggreifer ein Werkzeug derart erfassen kann, daß sich die Achse des erfaßten Werkzeugs in der gleichen Richtung wie die Achsen der in den geradlinigen Abschnitten des Magazins gespeicherten Werkzeuge oder parallel zu diesen Achsen erstreckt. Die Werkzeugschlitten

19a, I9b und I9c liegen mit ihren hinteren Enden den Enden von Kolbenstangen 22a, 22b und 22c von Kolben gegenüber, die von Hydraulikzylindern 21a, 21b und 21c aufgenommen werden, die auf der Endoberfläche der Welle 16 des Drehkopfes angeordnet sind. Die Kolbenstangen können bei einer Betätigung der Hydraulikzylinder eine Bewegung in der Verschiebungsrichtung der Werkzeugschlitten 19a, 19b und 19c ausführen. Eine Feder 24 erstreckt sich zwischen einem unteren Vorsprung 23 (siehe Fig. 4-) am vorderen Ende jedes Werkzeugschlittens und dem hinteren Ende der JBiihrung 58 derart, daß der Werkzeugschlitten normalerweise in die Einziehrichtung vorgespannt ist. Der nach hinten gerichtete und in der Einziehrichtung verlaufende Hub des Werkzeugschlittens ist durch den Anschlag des Vorsprungs 23 an einem Anschlag 25 am vorderen Ende der Führung 58 begrenzt.

Die Anordnung ist derart, daß dann, wenn die Kolbenstangen der Hydraulikzylinder 21a, 21b und 21c vollständig in Vorwärtsrichtung oder in Ausfahrrichtung bis zum Ende ausgefahren sind, die Greifachsen der Werkzeuggreifer 20a, 20b und 20c mit den Achsen der Werkzeuge in den entsprechenden Werkzeugaustauschpositionen B,, B₂, B,- zusammenfallen. Wenn die Kolbenstangen andererseits vollständig zum Ende des nach hinten gerichteten Hubes bewegt sind, so sind die Kolbenstangen auf Positionen zurückgezogen, die einen Abstand von den hinteren Enden der Werkzeugschlitten 19 aufweisen, so daß sich keine Behinderung des Drehkopfes 17 bei dessen Drehung ergibt. Der Werkzeuggreifer schließt zwei symmetrische Greiferteile 27 mit V-förmigen Greiferabschnitten an den Enden auf, wobei die Greiferteile 27 an ihren hinteren Enden mit

]?ederhalteelementen versehen, sind und an ihren in Längsrichtung mittleren Teilen über eine kleine Welle 26 gehaltert sind, die an dem Werkzeugschlitten 19 vorgesehen ist. Die V-förmigen Greiferahschnitte sind so ausgebildet, daß sie mit einer Greiferklemmeinrichtung Ta des Werkzeugwechselarms 8 des Werkzeughalters T zusammenpassen. Eine zwischen den Federhalteelementen beider Greiferteile 27 wirkende leder bewirkt eine derartige Vorspannung der Greiferteile 27, daß die Greiferabschnitte der Greiferteile in Richtung aufeinander vorgespannt sind. Der Abstand zwischen den Greiferabschnitten und der Greiferteile wird dadurch optimal für die Aufnahme der Greiferklemmeinrichtung Ta ausgebildet, daß Anschlagstifte 29 eingestellt werden, die auf die Außenoberfläche der hinteren Enden der Greiferteile 27 einwirken.

Wenn die vorstehend beschriebene Werkzeugwechselvorrichtung vom stationären Typ ist, so ist sie in einem vorgegebenen Abstand von dem Werkzeugspeichermagazin 6 derart angeordnet, daß die Bewegungsrichtung des beweglichen Bettes 13 parallel zu den Achsen der Werkzeuge in dem Magazin 6 verläuft, so daß die schrittweise Bewegung des Drehkopfes 17 für den Austausch der Werkzeuge in dem hinteren geradlinigen Teil des Magazins 6 ermöglicht wird. Wenn die Werkzeugwechselvorrichtung vom beweglichen Typ ist und Bäder an der Unterseite der Grundplatte sowie eine geeignete Badantriebseinrichtung aufweist, so ist die Werkzeugwechselvorrichtung mit Einstelleinrichtungen zur Einstellung der Werkzeugwechselvorrichtung auf eine vorgegebene Beziehung zu dem Werkzeugspeichermagazin 6 versehen.

Die Betriebsweise der Ausführungsform der Werkzeugwechselvorrichtung vom stationären Typ wird als Beispiel im folgenden erläutert. Es sei angenommen, daß alle drei Werkzeuggreifer 20a, 20b und 20c an jeder der drei Seiten 17a» 17b und 17c auf der Vorderfläche 17e des Drehkopfes 17 spezielle Werkzeuge erfassen und halten, die für die nächste maschinelle Bearbeitung erforderlich sind, während drei Werkzeuggreifer auf der verbleibenden Seite 17d leer sind. Wenn die maschinelle Bearbeitung an dem gleichen Typ von Werkstücken beendet ist, wird ein Werkzeugaustauschbefehl von einer numerischen Steuereinrichtung geliefert, so daß das Werkzeugspeichermagazin 6 schrittweise weiterbewegt wird, um diese speziellen Werkzeuge an die Werkzeugaustauschposition B zu bringen, während der Drehkopf durch den Motor 18 schrittweise weiterbewegt wird, um die Seite 17d des Drehkopfes auszurichten, die die leeren Werkzeuggreifer trägt. Danach wird Hydraulikdruck in drei Hydraulikzylindern 21a, 21b und 21c derart zugeführt, daß die Kolbenstangen 22a; 22b und 22c der jeweiligen Zylinder gegen die hinteren Enden der Werkzeugschlitten 19a, 19b und 19c drücken, so daß diese nach vorne bewegt werden. Kurz bevor die Werkzeugschlitten das Ende ihres Vorwärtshubes erreichen, werden die vorderen Enden der Greiferteile jedes Werkzeuggreifers 20a, 20b und 20c durch die Klemmnut Ta des Werkzeughalters T in dem Magazin 6 mit Kraft auseinandergedrückt, so daß sie den Werkzeughalter T aufnehmen und festhalten. Dem Antriebszylinder 14 für das bewegliche Bett 13 wird dann ein Druckströmungsmedium zugeführt, um die Werkzeuge in Axialrichtung zusammen mit dem Drehkopf 17 zu bewegen, so daß die Werkzeuge aus den Werkzeugaufnahmeschalen herausgezogen werden. Darauf wird den Zylindern 21a, 21b und

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21c ein Druckströmungsmittel zugeführt, um deren Kolbenstangen 22a, 22b und 22c zurückzuziehen, worauf die Werkzeugschlitten 19a, 19b und 19c durch die Kraft der Federn

24 zurückgezogen werden, "bis sie am Ende des nach hinten gerichteten Hubes angeordnet sind, an dem die Anschläge

25 der Führung 58 an den Vorsprüngen 23 anschlagen. Inzwischen bewegen sich die Kolbenstangen von den Werkzeugschlitten fort j so daß die Drehung des Drehkopfes an den Enden der nach hinten gerichteten Hübe nicht behindert ist.

Der Drehkopf 17 wird dann mit Hilfe des Motors 18 im Uhrzeigersinn gedreht, um die Seite 17a des Drehkopfes in die Werkzeugaustauschposition zu bringen. Danach wird den Zylindern 21a, 21b und 21c ein Druckströmungsmedium derart zugeführt, daß ihre Kolbenstangen 22a, 22b und 22c ausgefahren werden und die Werkzeugschlitten 19a, 19b und 19c vorschieben, so daß die Austauschwerkzeuge, die von den Werkzeuggreifern 20a, 20b und 20c getragen werden, in einer Richtung senkrecht zu den Achsen dieser Werkzeuge in Richtung auf das Magazin 6 bewegt werden und sich auf den Achsen der Werkzeugaufnahmeschalen des Magazins 6 befinden, die nunmehr leer sind. Die Werkzeuge werden dann durch eine von dem Zylinder 14 hervorgerufene Bewegung des beweglichen Bettes 13 in Richtung der Werkzeugachsen in diese Werkzeugaufnahmeschalen hineinbewegt. Danach werden die Zylinder 21a, 21b und 21c so betätigt, daß die Kolbenstangen 22a, 22b und 22c zurückgezogen werden, worauf die Werkzeugschlitten 19a, 19b und 19c durch die Kraft der Federn 24 in Rückwärtsrichtung bewegt werden, bis sie sich in der zurückgezogenen Stellung befinden, in der die "Vorsprünge 23 an den Anschlägen 25 anliegen.

Damit sind die alten speziellen Werkzeuge in dem Werkzeugspeichermagazin 6 durch neue spezielle Werkzeuge ersetzt, die aus dem Drehkopf herausgezogen wurden, weil sie bei der nächsten maschinellen Bearbeitung benötigt werden.

Die beschriebene Werkzeugwechselvorrichtung ist weiterhin für den Austausch von Werkzeugen brauchbar, die nicht für eine spezielle Bearbeitung bestimmt sind, sondern die allgemein bei verschiedenen maschinellen Bearbeitungsvorgängen brauchbar sind, wenn diese gemeinsamen Werkzeuge zu weit abgenutzt sind. Die Betriebsweise der Wechselvorrichtung für diesen Zweck wird im folgenden erläutert. Es sei angenommen, daß die Werkzeuggreifer 20a, 20b und 20c an der Seite 17c neue gemeinsame Werkzeuge tragen. Die Werkzeuggreifer 20a, 20b und 20c entsprechen jeweils den Positionen B-, Bp und B, der Werkzeugaustauschposition B. Daher sind Informationen bezüglich des Werkzeuges, das in den einzelnen der drei Werkzeuggreifer an der Seite 17c gehaltert ist, in der numerischen Steuereinrichtung gespeichert, die ihrerseits einen Befehl abgibt, an welcher der drei Positionen B_x,, Bp und B, das Werkzeug des Magazins erneuert werden muß. Das Magazin 6 und der Drehkopf 17 werden dann schrittweise weitergeschaltet und zwei oder einer der Zylinder 21a bis 21c werden betätigt, um zwei Werkzeuge oder ein Werkzeug durch ein neues zu ersetzen.

Eine zweite Ausführungsform der Werkzeugwechselvorrichtung wird im folgenden anhand der Fig. 6 und 7 erläutert, in denen die Abschnitte oder Teile beispielsweise der Werkzeugmaschine und der Werkzeuggreifer mit den gleichen

Bezugsziffern wie in den Fig. 1 bis 5 "bezeichnet sind. Eine ausführliche Erläuterung dieser gemeinsamen Teile und Abschnitte kann daher entfallen.

Eine Grundplatte 31 ist auf ihrer Oberseite mit einer horizontalen Führung 32 versehen, die ein erstes bewegliches Bett 33 trägt. Das erste bewegliche Bett 33 ist mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 34 oder einer Kombination aus einer Vorschubspindel und einem Motor zwischen zwei Positionen beweglich. Das erste bewegliche Bett 33 ist auf seiner Oberseite mit einer horizontalen Führungsoberfläche 35 versehen, die sich in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten beweglichen Bettes 33 erstreckt. Die horizontale Führungsoberfläche 35 trägt ein zweites bewegliches Bett 36, das mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 37 oder einer Kombination aus einer Vorschubspindel und einem Motor zwischen zwei Positionen beweglich ist. Ein Drehkopf-Fußteil 38 ist an der Oberseite des zweiten beweglichen Bettes 36 befestigt. Ein vieleckiger, bei dieser Ausführungsform im wesentlichen quadratischer Drehkopf ist schrittweise um eine Welle drehbar befestigt, die sich in Horizontalrichtung und parallel zur Bewegungsrichtung des zweiten beweglichen Bettes 36 erstreckt. Die Anordnung ist derart gewählt, daß der Drehkopf 40 mit Hilfe eines Motors 41 schrittweise auf eine derartige Position bewegt wird, bei der eine der vier Seiten des Drehkopfes 40 sich parallel zu dem geradlinigen Teil des Werkzeugspeichermagazins 6 der Werkzeugmaschine erstreckt. Die Teile der Vorderfläche 4Oe, die benachbart zu den vier Seiten des Drehkopfes liegen, bilden die Werkzeughalteabschnitte, die jeweils eine Anzahl von Werkzeuggreifern aufweisen. Bei dieser

Ausführungsform weist Jeder Werkzeughalteabschnitt drei Werkzeuggreifer 20a, 20b und 20c auf, die in einer vertikalen Reihe gemäß Fig. 6 unter den gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet sind,wie die Werkzeuge in dem Werkzeugspeichermagazin 6 gehaltert sind. Die Werkzeuggreifer sind derart angeordnet, daß die Werkzeuggreiferpositionen an der Außenseite des Drehkopfes 40 liegen und daß die Achsen der erfaßten Werkzeuge die gleichen sind wie die Achsen der in dem geradlinigen Abschnitt des Magazins gespeicherten Werkzeuge oder parallel zu diesen Achsen verlaufen.

Die Betriebsweise dieser Ausführungsform der Werkzeugwechselvorrichtung, die als Werkzeugwechselvorrichtung vom stationären Typ ausgebildet ist, wird im folgenden erläutert. Es sei angenommen, daß die drei Werkzeuggreifer in jedem Teil der förderfläche des Drehkopfes 40 benachbart zu den Seiten, mit Ausnahme der Seite 4Od, spezielle Werkzeuge fassen und halten, die für die nächste maschinelle Bearbeitung erforderlich sind. Die Werkzeugwechselvorrichtung befindet sich in einer vorgegebenen Position auf der Hinterseite des Werkzeugspeichermagazins 6. Wenn dann das nächste Werkstück nach der Fertigstellung der Bearbeitung an einem vorhergehenden Werkstück festgestellt wird, liefert die numerische Steuereinrichtung einen Befehl für den Austausch der speziellen Werkzeuge. In dem Magazin 6 sind die Werkzeuge derart angeordnet, daß eine Vermischung der für eine spezielle Bearbeitung erforderlichen Werkzeuge und der allgemein verwendeten Werkzeuge vermieden ist. Während das Werkzeugspeichermagazin schrittweise in Drehung versetzt wird, um die für eine spezielle Bearbeitung bestimmten Werkzeuge

in die Werkzeugaustauschposition B zu bringen, wird der Drehkopf 40 durch den Motor 41 im Uhrzeigersinn gemäß Jig. 6 gedreht, um die Oberfläche 4Od, an der keine Werkzeuge angeordnet sind, in die Werkzeugaustauschposition zu bringen. Der Zylinder 34- wird dann betätigt, um das erste bewegliche Bett 33 zu bewegen, so daß die drei Werkzeuggreifer zusammen mit dem Drehkopf in einer Richtung senkrecht zu den Achsen der Werkzeuge vorwärtsbewegt werden, die in dem geradlinigen Abschnitt des Magazins gespeichert sind, so daß diese drei Werkzeuge gleichzeitig erfaßt werden. Nach dem Erfassen der Werkzeuge wird der Zylinder 37 betätigt, um das zweite bewegliche Bett 36 in der Richtung der Achsen der Werkzeuge zu bewegen, so daß diese aus dem Magazin 6 herausbewegt werden. Der Zylinder 34- wird dann derart betätigt, daß das erste bewegliche Bett 33 bewegt wird und die erfaßten Werkzeuge zur Außenseite des Magazins hin überführt werden. Danach wird der Drehkopf 40 durch den Motor 41 im Uhrzeigersinn gedreht, um die Seite 40a in die Werkzeugaustauschposition zu bringen. Darauf wird das erste bewegliche Bett durch den Zylinder 34- derart vorwärtsbewegt, daß die für den Austausch vorgesehenen Werkzeuge, die von den Werkzeuggreifern gehalten werden, mit den Werkzeugaufnahmeschalen in dem Magazin 6 ausgerichtet werden, die nunmehr leer sind. Die Werkzeuge werden dann in die leeren Werkzeugaufnahmeschalen eingesetzt, wenn der Zylinder 37 zur Bewegung des zweiten beweglichen Bettes 36 betätigt wird. Danach wird das erste bewegliche Bett 33 durch den Zylinder 34· zurückgezogen und das Magazin wird schrittweise weiterbewegt, um die nächsten drei zu ersetzenden Werkzeuge in die Werkzeugaustauschposition zu bringen. Danach wird das erste bewegliche Bett 33 durch den

Zylinder 34 vorwärtsbewegt, so daß die nunmehr leeren Werkzeuggreifer die entsprechenden alten Werkzeuge erfassen. Eine darauffolgende durch den Zylinder 37 hervorgerufene Axialbewegung des zweiten beweglichen Bettes in Axialrichtung bewirkt, daß die Werkzeuggreifer die alten Werkzeuge aus den Werkzeugaufnähmeschalen des Magazins 6 herausziehen. Das erste bewegliche Bett 33 wird dann mit Hilfe des Zylinders 34- zurückgezogen, worauf eine im Uhrzeigersinn erfolgende schrittweise Drehung des Drehkopfes 40 durch den Motor 41 hervorgerufen wird, um die Seite 40b in die Werkzeugaustauschposition zu bringen. Der gleiche Vorgang wird dann durchgeführt, um die alten Werkzeuge in dem Magazin 6 durch neue Werkzeuge zu ersetzen.

Obwohl bei den dargestellten Ausführungsformen der geradlinige Teil des Magazins in der Werkzeugaustauschposition vertikal angeordnet ist, kann er selbstverständlich auch horizontal verlaufen.

Wie dies aus dem Vorstehenden hervorgeht, wird bei den beschriebenen Ausführungsformen der Austausch der Werkzeuge in dem Werkzeugspeichermagazin direkt mit Hilfe eines Drehkopfes durchgeführt, der eine Vielzahl von Werkzeuggreifern an jeder seiner Seiten aufweist, die die auszutauschenden Werkzeuge haltern, wobei der Drehkopf eine schrittweise Drehung und Bewegung in Richtung der Achsen der Werkzeuge und in der hierzu senkrechten Richtung ausführen kann.

Es ist daher möglich, die Werkzeuge in kürzeren Zeitperioden auszutauschen, wobei die Bedienungsperson

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entlastet wird und ohne daß es erforderlich ist, einen aufwendigen Roboter zu verwenden, so daß ein hoher Wirkungsgrad und ein wirtschaftlicher Betrieb der Werkzeugmaschine oder der zentralen Einheit zur maschinellen Bearbeitung erzielt wird. Zusätzlich ist die Betriebsweise der Werkzeugmaschine so automatisiert, daß Arbeitskosten verringert werden können.

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Claims

Patentanwälte .;.: Di.pt.-lng. Curt WaI lach

Europäische Patentvertreter " " Dipl.-Ing. Günther Koch

European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · KaufingerstraBe 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

OKUMA MACHINERY WORKS LTD. _Datum. 29. Juli 1983 32, Tsujimachi-1-chome "

Kita-ku, Nagoya-Shi Unser Zeichen: 1 / /W Jf/JSlU

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Patentansprüche

./Werkzeugwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine oder dergleichen, die ein Werkzeugspeichermagazin mit einem geradlinigen Abschnitt, in dem eine Vielzahl von Werkzeugen in einer Reihe unter vorgegebenen gegenseitigen Abständen angeordnet ist, und einem Werkzeugwechselarm aufweist, der den Werkzeugaustausch zwischen der Werkzeugmaschine und dem Magazin durchführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugwechselvorrichtung einen Drehkopf (17; 40) mit einer Vielzahl von Werkzeughalteabschnitten aufweist, daß der Drehkopf (17; 40) eine schrittweise Drehung ausführen kann, um irgendeinen der Werkzeughalteabschnitte in eine Indexstellung (B) benachbart zu dem geradlinigen Abschnitt zu bringen, daß eine Anzahl von Werkzeuggreifern (20a bis 20c) an jedem der Werkzeughalteabschnitte des Drehkopfes (17; 40) befestigt ist, daß die Werkzeuggreifer (20a bis 20c) Werkzeuge derart erfassen können, daß die Achsen der erfaßten Werkzeuge sich in der gleichen Richtung wie die Achsen der Werkzeuge erstrecken, die in dem geradlinigen Abschnitt des Werkzeugspeichermagazins (6) gespeichert sind, wobei die Achsen der erfaßten Werkzeuge einen gegenseitigen

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Abstand aufweisen, der gleich dem gegenseitigen Abstand zwischen Werkzeugen ist, die in dem geradlinigen Abschnitt des Werkzeugspeichermagazins (6) gespeichert sind, und daß Antriebseinrichtungen (21a bis 21c, 22a bis 22c) vorgesehen sind, die eine selektive Bewegung der Werkzeuggreifer (20a bis 20c) in dem sich in der Indexstellung befindlichen Werkzeughalteabschnitt in Richtung der Achsen der erfaßten Werkzeuge und in einer Richtung senkrecht zu den Achsen der erfaßten Werkzeuge in Richtung auf den geradlinigen Abschnitt des Werkzeugspeichermagazins (6) und von diesem fort hervorrufen, um einen Werkzeugaustausch zwischen den Werkzeuggreifern (20a bis 20c) und dem Magazin (6) hervorzurufen.
2. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkopf (17; 40) eine schrittweise Drehung um eine stationäre Welle (16; 39) ausführen kann, die durch den Mittelpunkt des Drehkopfes (17; 40) hindurchläuft, daß die Antriebseinrichtungen eine Anzahl von Hydraulikzylindern (21a bis 21c) einschließen, die an der Endoberfläche der stationären Welle (16; 39) befestigt sind und einen vorgegebenen gegenseitigen Abstand aufweisen, daß jeder Werkzeuggreifer (20a bis 20c) an einem Werkzeugschlitten (19a bis 19c) befestigt ist, der an dem Drehkopf (17; 40) befestigt ist, und daß jeder Werkzeugschlitten (19a, 19c) durch einen entsprechenden der Hydraulikzylinder (21a bis 21c) in der zur Achse des erfaßten Werkzeugs senkrechten Richtung beweglich ist, wenn der

Werkzeughalteabschnitt, der den zugehörigen Werkzeuggreifer einschließt, sich in der Indexstellung befindet, in der er dem geradlinigen Abschnitt des Werkzeugspeichermagazins (6) gegenüberliegt.
3. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkopf (17; 40) eine vieleckige Form mit einer Anzahl von Seiten (17a bis 17d; AOa bis 4Od) aufweist, daß jeder der Werkzeughalteabschnitte durch einen Teil des Drehkopfes (17; 40) benachbart zu einer der Seiten gebildet ist, daß jeder Werkzeuggreifer (20a bis 20c) zwei Greiferteile (27) einschließt, die in Eichtung aufeinander und von einander fort beweglich sind und sich in einer Richtung senkrecht zur zugehörigen Seite des Yieleckes des Drehkopfes (17; 40) erstrecken, daß die Greiferteile schwenkbar im wesentlichen an ihren in Längsrichtung verlaufenden Mittelteilen an dem zugehörigen Werkzeugschlitten (19a bis 19c) befestigt sind und daß eine Feder (28) zwischen den hinteren Enden der Greiferteile (27) derart vorgesehen ist, daß die vorderen Enden der Greiferteile in Eichtung aufeinander vorgespannt sind und ein Werkzeug zwischen sich erfassen können.
4. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuggreifer direkt an dem Drehkopf einstückig an diesem befestigt sind und daß die Antriebseinrichtungen betriebsmäßig mit dem Drehturm (40) verbunden sind, so daß die selektive Bewegung der Werkzeug-

greifer durch die Betätigung der Antriebseinrichtungen für den direkten Antrieb des Drehkopfes durchgeführt wird.
5. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der
Drehkopf (40) eine vieleckige Form mit einer Anzahl
von Seiten (40a bis 4Od) aufweist, daß jeder der
Werkzeughalteabschnitte durch einen Teil des Drehkopfes (40) benachbart zu einer seiner Seiten gebildet ist, daß der Werkzeuggreifer zwei Greiferteile
einschließt, die in Richtung aufeinander und voneinander fort beweglich sind und sich in einer Richtung senkrecht zu der zugehörigen Seite des Vieleckes des Drehkopfes (40) erstrecken, daß die Greiferteile
schwenkbar im wesentlichen in ihren in Längsrichtung mittleren Teilen an dem zugehörigen Werkzeugschlitten befestigt sind, daß eine Feder zwischen den hinteren Enden der Greiferteile einwirkt, um die vorderen Enden der Greiferteile in Richtung aufeinander vorzuspannen, so daß die vorderen Enden zwischen sich ein Werkzeug erfassen können.