Verfahren und Einrichtung zur serienmässigen Durchführung von gleichen Arbeiten hoher Genauigkeit nacheinander an Kleinteilen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur serienmässigen Durchführung von gleichen Arbeiten hoher Genauigkeit nacheinander an Kleinteilen, insbesondere an Platinen und Brücken, die aus Streifenmaterial hergestellt werden, wobei der Streifen schrittweise an Bearbeitungsstellen vorbeigeführt wird und am Ende jedes Transportschrittes an den Bearbeitungsstellen an den Teilen eine Arbeitsoperation durchgeführt wird.
Die Problematik der serienmässigen Herstellung und Bearbeitung von Kleinteilen, insbesondere von Platinen und Brücken, ist in der Kleinheit, Kompliziertheit und in der Vielfältigkeit der erforderlichen Bearbeitungen begründet, die ausserdem mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden müssen. Fabrikationsstrassen für die Herstellung solcher Teile erfordern entsprechend eine relativ grosse Anzahl verschiedenartigster Bearbeitungseinheiten für Fräsen, Stanzen, Bohren, Gewindeschneiden und Konturenfräsen, gegebenenfalls für das Setzen von Lagersteinen und für chemische und thermische Behandlung. Solche Anlagen sind entsprechend gross dimensioniert und deshalb auch sehr kostspielig. Ein nicht zu übersehender Faktor bei der Problemlösung ist denn auch die wirtschaftliche Seite.
Werkstücke, deren Herstellung über hundert Einzeloperationen erfordern können, müssen zwangläufig durch möglichst aufwandarme Methoden erzeugt werden können. Um die Gestehungskosten zu senken, wurden Versuche mit Anlagen ausgeführt, die in Anlehnung an bekannte Anlagen für Massenproduktion von einfacherern Kleinteilen gebaut waren. Diese Versuche scheiterten, sobald an die Genauigkeit der Bearbeitung hohe Massstäbe gesetzt wurden.
Die Ungenauigkeiten, die sich bei der Verwendung von Anlagen, die nach konventioneller Bauart mit vielen starren Bearbeitungsstationen gebaut sind, denen die Werkstücke zugeführt werden, ergeben, resultieren aus Vorschubsungenauigkeiten, thermischen Dilatationen der Anlage und der Werkzeuge und ganz besonders der Transportorgane.
Je grösser eine Anlage ist, desto ungenauer kann mit einem zusammenhängenden Transportband die darin oder darauf befindlichen Werkstücke an starre Bearbeitungseinheiten gebracht werden.
Zur Verminderung solcher Ungenauigkeiten verbleibt in der Praxis nur eine Verkürzung der Transportorgane und demzufolge eine Verkleinerung der jeweiligen Serien oder eine Verminderung der aufeinanderfolgend durchgeführten Arbeitsoperationen als Lösung, wodurch man sich aber wieder sehr stark der Einzelbearbeitung nähert. Andere Lösungen, die einen genaueren Transport und eine genauere Positionierung der Werkstücke zu verwirklichen suchen, führen zu unwirtschaftlich teuren Konstruktionen, die ausserdem sehr unflexibel sind.
Hier greift die vorliegende Erfindung ein. Sie geht aus von bekannten Verfahren und Einrichtungen der eingangs genannten Art, bei denen also der Materialstreifen, aus dem die Werkstücke in den aufeinanderfolgenden Bearbeitungen hergestellt werden, zugleich als Transportorgan für die Werkstücke zu den Bearbeitungsstellen dient, und stellt sich die Aufgabe, eine hohe Genauigkeit der verschiedenen aufeinanderfolgenden Bearbeitungsgänge trotz unvermeidlicher Ungenauigkeiten im Transport der Werkstücke zu den Bearbeitungsstellen zu erreichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht das Verfahren nach der Erfindung vor, dass am Ende jedes Transportschrittes die Organe zur Durchführung der Bearbeitung bezüglich dem jeweiligen zu bearbeitenden Teil positioniert werden.
Während die bisherigen Versuche stets in der Richtung gingen, das Werkstück am Ende jedes Arbeitsschrittes noch genauer bezüglich des starren Werkzeuges zu positionieren, geht das erfindungsgemässe Verfahren in umgekehrter Richtung vor und positioniert das Werkzeug bezüglich dem Werkstück.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist nach der Erfindung eine Einrichtung vorgesehen, die sich dadurch auszeichnet, dass die Bearbeitungsorgane schwimmend angeordnet sind und Positionsorgane aufweisen, die am Ende jedes Transportschrittes des Streifens mit entsprechenden Positionierorganen des Streifens zusammenführbar sind, um die Bearbeitungsorgane bezüglich jedes einzelnen Teils für die Arbeitsoperation zu positionieren.
Dadurch wird es möglich, nach einer Grobpositionierung der Werkstücke durch das Transportsystem am Ende jedes Transportschrittes eine für eine hohe Präzision der jeweiligen Bearbeitungen erforderliche Feinpositionierung der relativen Lage von Werkstück und Werkzeug zu bewerkstelligen, ohne dass es dazu erforderlich ist, die Werkstücke und damit den Streifen allein mit eben dieser hohen Genauigkeit an die Werkzeuge heranzubringen.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegende teilweise schematische Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Teils einer Fabrikationsstrasse,
Fig. 2 eine Draufsicht zu Fig. 1 und
Fig. 3 in vergrössertem Massstab ein Detail aus der Fig. 2.
Ein Grundgestell 1 ist mit Schienen 2 versehen.
Diese Schienen 2 dienen als Führung für eine Reihe von Wagen 3, 4, 5, 6, die über Rollen 7 längs dieser Schienen 2 verschiebbar sind. Durch nicht näher dargestellte, feineinstellbare Verriegelungsorgane können die einzelnen Wagen an beliebigen Stellen der Schienen fixiert werden. Die Anzahl der Wagen ist nicht kritisch, sondern hängt ausschliesslich von der Zahl der Bearbeitungsgänge ab, die mittels der Fabrikationsstrasse durchgeführt werden sollen. Die Wagen sind als Träger für Bearbeitungseinheiten oder für Vorschubeinheiten gebaut. Letztere werden in Abständen immer wieder zwischen Bearbeitungseinheiten eingesetzt und sorgen für den Transport der Werkstücke bzw. eines Materialstreifens, aus dem die Werkstücke auf der Fabrikationsstrasse herausgearbeitet werden, zu den Bearbeitungsstellen und von diesen weg.
Bei der dargestellten Anlage tragen die Wagen 3 und 6 solche Vorschub einheiten, die mit 8 bezeichnet sind, während die dazwischenliegenden Wagen 4 und 5 jeder eine Bearbeitungseinheit 9 bzw. 10 trägt. Jede der Vorschub einheiten 8 besitzt eine Haltezange 11 und eine Vorschubzange 12 wobei letztere parallel zu den Schienen 2 zwischen zwei Endstellungen hin und her bewegbar ist. Durch einen nicht näher dargestellten Antrieb werden die beiden Zangen 11 und 12 wechselweise geöffnet und geschlossen und der Zange 12, wenn sie geschlossen ist, eine Hubbewegung gegen die Zange 11 hin erteilt. Der Rückhub erfolgt, wenn die Zange 11 geschlossen und die Zange 12 geöffnet ist.
Durch diese taktweisen Bewegungen wird ein zwischen den Zangenbacken durchgeführter Materialstreifen M bei jedem Hub um einen Schritt vorgeschoben und während des Rückschubes festgehalten.
Die Wagen 4 und 5 tragen jeder eine Bearbeitungseinheit mit einem Werkzeugträger 13 bzw. 14 für eine bestimmte Bearbeitung an jedem Werkstück, das ihnen nacheinander zugeführt und am Ende eines Transportschrittes in ihrem Wirkbereich im Sinne einer Grobpositionierung angehalten wird. Zur Veranschaulichung der vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten sind die Werkzeugträger 13, 14 wechselseitig des Materialstreifens M und entgegengesetzt gerichtet dargestellt. Ihre Werkzeuge, z. B. Bohrer, können von beiden Seiten des Streifens M her zur Einwirkung gebracht werden mit einer beliebigen Neigung zum Streifen.
Bemerkenswert ist, dass die Bearbeitungseinheiten 9 und 10 nicht starr an ihrem Wagen 7 befestigt sind, sondern schwimmend. Dies ist dadurch bewerkstelligt, dass jeder ihrer Wagen 7 vier ausgebohrte Säulen 15 trägt, die mit Längsschlitzen versehen sind, durch welche Träger 16 für die jeweilige Bearbeitungseinheit in die Säulen ragen. Die in den Säulenhohlraum ragenden Enden der Träger 16 sind an Federn 17 aufgehängt. Durch diese schwimmende Lagerung der Bearbeitungseinheiten und mit ihnen natürlich der Werkzeuge können diese sich in einem begrenzten Bereich nach allen Seiten hin bewegen.
Jede Bearbeitungseinheit trägt, in gleicher Weise wie das Werkzeug und mit ihm schwimmend gelagert einen Spannzylinder 18 (Fig. 2), dessen Kolbenstange 19 einen Schlitten 20 trägt auf dem, wie aus Fig. 3 ersichtlich, eine Positionierplatte 21 mit Positionierorganen in Form von leicht konisch zulaufenden Stiften 22 angeordnet ist. Den Stiften 22 gegenüber befindet sich eine Widerlagerplatte 23, gegen welche die Positionierplatte 21 mit den Stiften 22 durch den Spannzylinder 18 gepresst werden kann.
Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Materialstreifen M wird in Eingriff mit der in B earbeitungsrichtung zuerst angeordneten Vorschubeinheit gebracht, d. h. zwischen die Backen der Zangen 11 und 12 derselben und die Anlage in Betrieb gesetzt.
Der Streifen M wird nun schrittweise gegen die folgenden Bearbeitungseinheiten und an diesen vorbeigeführt, wobei dieser Streifen, zugleich als Transportorgan, Werkstückträger und Rohmaterial für die Werkstücke dient. An einer ersten Bearbeitungsstelle werden in die Streifen Positionieröffnungen gebohrt, die an den folgenden Bearbeitungsstellen zum Zusammenwirken mit den Positionierstiften 22 der Bearbeitungseinheiten bestimmt sind. Diese Öffnungen gelangen am Ende des nächsten Transportschrittes in den Bereich einer Bearbeitungseinheit, z. B. der Bearbeitungseinheit 9, und zwar ist die Anordnung der Bearbeitungseinheiten und die Schrittlänge so bemessen, dass als Sollwert am Ende jedes Transportschrittes die durch die betreffende Bearbeitungseinheit zu verarbeitende Stelle des Streifens sich genau in der richtigen Lage zum Werkzeug befindet.
Dies wird aus den eingangs erwähnten Gründen nur selten der Fall sein, weil Transportungenauigkeiten beispielsweise infolge Durchbiegung oder thermischer Dilatation des Streifens M Positionierungen höchstens innerhalb von Toleranzen von etwa 0,1 mm erlauben.
Sobald der Streifen M am Ende des Transportschrittes anhält, wird der Spannkolben 18 betätigt und die Stifte 22 treten in die Positionieröffnungen im Streifen ein und zentrieren sich dank ihrer konischen Ausbildung mit hoher Genauigkeit. Die Bewegungen der Stifte beim Zentrieren werden durch die schwimmende Lagerung der Bearbeitungseinheit ermöglicht, die sich mit den Stiften ebenfalls mit hoher Genauigkeit bezüglich des stillstehenden Streifens 41 positioniert. Am Ende der Positionierbewegung, wenn die schwimmende Einheit die für die Bearbeitung korrekte Lage eingenommen hat, wird die Positionierplatte 21 gegen den Streifen M und an das Widerlager 23 gepresst und das Werkzeug für die Bearbeitung betätigt.
Am Ende der Bearbei tungsoperation wird die Positionierplatte 21 zurückgezogen, die Stifte 22 treten aus den Positionieröffnungen des Streifens und dieser kann um einen Schritt weiterbewegt werden. Am Ende dieses Transportschrittes befinden sich die ersten Positionieröffnungen des Streifens im Bereich der Stifte 22 der nächstfolgenden Bearbeitungseinheit und dort erfolgt in der gleichen Weise eine erneute Positionierung der Bearbeitungseinheit bezüglich der Lage des Streifens usw. Bis zu der letzten Bearbeitungsstelle dient der Streifen als Werkstückträger und erst als letzte Bearbeitungsoperation wird der nun fertigbearbeitete Teil beispielsweise durch einen Stanzvorgang aus dem Streifen herausgetrennt.
In dieser Weise kann unter Einhaltung von Toleranzen von 0,001-0,005 mm mit Streifen von 2-3 m Länge gearbeitet werden. Durch die Anordnung von zwei Vorschub einheiten auf eine Streifenlänge kann absolut kontinuierlich gearbeitet werden. Mit Vorteil wird dabei ein absolut nicht kritischer Abstand zwischen den einander folgenden Streifen belassen, damit Relativbewe- gungen der Streifen während der Bearbeitungen ohne gegenseitige Behinderung erfolgen können. Eine Interferenz infolge mangelnder Synchronisation und ein daraus resultierender wechselnder Streifenabstand hat gar keine Einwirkung auf die Genauigkeit der Bearbeitungen, da die Einregulierung des Werkzeugeingriffes für jede Bearbeitungsstelle getrennt erfolgt, und zwar in dem Sinne, dass das Werkzeug zu der gewünschten Stelle des Streifens gebracht wird und nicht umgekehrt.
Auf einen Schutz für diese Erfindung auf dem Gebiete der Zeitmessung wird verzichtet.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur serienmässigen Durchführung von gleichen Arbeiten hoher Genauigkeit nacheinander an Kleinteilen, insbesondere Platinen und Brücken, die aus Streifenmaterial hergestellt werden, wobei der Streifen schrittweise an Bearbeitungsstellen vorbeigeführt wird und am Ende jedes Transportschrittes an den Bearbeitungsstellen an den Teilen eine Arbeitsoperation durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende jedes Transportschrittes die Organe zur Durchführung der Bearbeitung bezüglich dem jeweiligen zu bearbeitenden Teil positioniert werden.