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Die
Erfindung betrifft einen Werkstückwechsler
für zumindest
eine Bearbeitungseinheit gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bei
flexiblen Werkzeugmaschinensystemen kommen für einen Werkstückwechsel
nach heutigem Stand der Technik meist Palettenwechsler oder eine direkte
Beladung auf den Bearbeitungstisch einer Bearbeitungseinheit mittels
Portal oder Roboter zum Einsatz.
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Palettenwechsler
können
sowohl als Schiebe- oder als Drehpalettenwechsler ausgeführt sein. Aus
der
DE 197 36 252 ist
ein Drehpalettenwechsler bekannt, bei dem sich eine Palette mit
zumindest einer zugeordneten Spannvorrichtung und einem Werkstück in einer
Beladeposition befindet, in der das Werkstück zu- bzw. abgeführt wird,
während
sich eine zweite beladene Palette im Arbeitsraum angeordnet ist.
Durch Drehen eines Palettenträgers
kann die sich in der Bearbeitungsposition befindliche Palette gegen
die in der Beladeposition befindliche Palette ausgetauscht werden.
Bei einem Schiebepalettenwechsler wird anstelle der Drehbewegung
des Palettenträgers
eine Linearbewegung durchgeführt, um
die Paletten zu wechseln.
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Diese
Lösungen
haben den Nachteil, daß für eine Werkzeugmaschine
zwei Vorrichtungen und zwei Paletten benötigt werden. Da zusätzlich zu
den eigentlich zu tauschenden Werkstücken auch noch die genannten
Komponenten (Palette, Vorrichtung) gewechselt werden muß, ergibt
sich eine hohe Massenbelastung für
den Palettenwechsler. Dies gilt insbesondere bei Werkstücken aus
Leichtmetallen, bei denen das Vorrichtungs- und Palettengewicht das Werkstückgewicht
um ein Vielfaches übersteigt,
so daß die
Massenbelastung des Palettenwechslers im Wesentlichen durch diese
Komponenten bestimmt ist.
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Ein
weiterer Nachteil dieser bekannten Lösungen liegt darin, daß die Palette
bei einer automatischen Beschickung außerhalb des Arbeitsraums mit Spannenergie
versehen werden muß,
um einen Werkstückwechsel
aus der Vorrichtung heraus, bzw. hinein durchführen zu können.
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Aufgrund
dieser Nachteile ist man bei flexiblen Systemen bestrebt, direkt
auf den Bearbeitungstisch, bzw. in die im Arbeitsraum aufgenommene
Vorrichtung zu beladen. Hierbei wird das bereits bearbeitete Werkstück aus dem
Arbeitsraum entladen und anschließend ein anderes Werkstück eingeladen.
Bei kleineren, eine Mehrfachaufspannung ermöglichenden Werkstücken sind
auch Lösungen
bekannt, bei denen sowohl ein mit einem Werkstück bestückter Bringegreifer, als auch
ein leerer Holegreifer gemeinsam in den Arbeitsraum einfahren und
innerhalb des Arbeitsraums beim Werkstückwechsel vertakten bzw. drehen,
so daß der
Holegreifer das bearbeitete Werkstück greift und der Bringegreifer
ein zu bearbeitendes Werkstück
der Vorrichtung zuführt.
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Die
Bereitstellungsposition derartiger Doppelgreifer befindet sich aufgrund
der vorhandenen Störkontur
des Greifers mit dem Werkstück
meist weit außerhalb
des Maschinenarbeitsraums. Aufgrund der erforderlichen langen Einfahrbewegung und
des beschränkten
Platzes innerhalb des Arbeitsraumes kommt dabei bei größeren Werkstücken nur eine
sequentielle Entladung und Beladung in frage.
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Es
sind des weiteren Werkstückwechsler
in Portalbauweise bekannt, bei denen ein Portal einen in Längsrichtung
mit Bezug zur Bearbeitungseinheit verfahrbaren Laufwagen hat, der über zwei
vertikale Achsen mit jeweils einem Werkstückgreifer verfügt. Zu Beginn
des Entladens steht ein leerer Greifer über der Bearbeitungseinheit
in Warteposition. Nach Öffnen
einer Ladeluke der Maschinenverkleidung kann der Greifer in Vertikalrichtung
in die Maschine einfahren und das Werkstück greifen. Zum Ausfahren ist eine
relativ lange Vertikalbewegung erforderlich, um neben dem Greifer
auch das Werkstück
in voller Höhe
aus dem Arbeitsraum herauszuheben. Anschließend vertaktet der Laufwagen
des Portals, um die zweite Vertikalachse mit dem zu bearbeitenden Werkstück im Greifer
mit Bezug zur Ladeluke auszurichten. Die Einfahrbewegung dieses
Bringegreifers ist dann ähnlich
lang wie die vorherige Ausfahrbewegung des Holegreifers. Nach dem
Absetzen des Werkstücks
auf dem Bearbeitungstisch wird der Greifer geöffnet und kann über eine
relativ kurze Vertikalbewegung aus dem Maschinenraum ausgefahren werden.
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Nachteilig
bei dieser Lösung
ist, dass aufgrund der oftmals erheblichen Werkstückhöhe lange Vertikalhübe mit einer
damit verbundenen erheblichen Bauhöhe für das Portal erforderlich sind.
Die langen Hübe
bedingen zusätzlich
lange Werkstückwechseleinheiten,
so dass ein derartiger Werkstückwechsel
deutlich mehr Zeit benötigt
als ein Werkstückwechsel
mit Palettenwechsler.
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Die
EP 0 255 612 A1 offenbart
ein Portalsystem, das aus zwei Translationsachsen und zwei rotatorischen
Achsen besteht, die so angeordnet und gesteuert sind, dass jeder
Punkt innerhalb eines kubischen Arbeitsraumes zu errechnen und zu
erreichen ist.
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Die
DE 198 18 788 B4 offenbart
eine Vorrichtung zum nachbearbeitenden Entgraten von Werkstücken mittels
Entgraträdern,
wobei die in Horizontallage von einer Förderstrecke mittels Greifer
abgegriffenen Werkstücke
einer Bearbeitungsspindel zugeführt
werden, und zwar mittels einer Hubdreheinrichtung, mit welcher der
Greifer in Höhenrichtung verlagerbar
ist und zusätzlich
eine Drehbewegung ausführen
kann.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Werkstückwechsler zu schaffen, der
einen schnellen Werkstückwechsel
mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Werkstückwechsler
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung ist
ein Wandungsteil des Arbeitsraums derart ausgebildet, dass es mit
der Drehachse mitschwenkt, so dass keine gesonderte Steuerung erforderlich
ist, um dieses Wandungsteil aus dem Schwenkbereich der Greifer herauszubewegen.
Durch die Ankoppelung des Wandungsteils an die Drehachse ist ein
hoher Gleichzeitigungfaktor für
unterschiedliche Funktionen gegeben.
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Der
Werkstückwechsler
ist mit einer Linearachse ausgeführt,
auf die eine als Drehachse ausgeführte zweite Achse mit zumindest
zwei Werkstückgreifern
aufgesetzt ist. Über
die vorzugsweise als Vertikalachse ausgeführte Linearachse lassen sich die
Greifer in den Arbeitsraum einfahren, bzw. aus dem Arbeitsraum herausfahren.
Der Werkstückwechsel
erfolgt über
die aufgesetzte Drehachse, so dass durch deren Ansteuerung ein Greifer
mit dem bearbeiteten Werkstück
aus dem Arbeitsraum ausgeschwenkt und gleichzeitig ein anderes,
zu bearbeitendes Werkstück
in den Arbeitsraum eingeschwenkt wird. Das heißt, bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt
der Werkzeugwechsel durch gleichzeitiges Ein- und Ausschwenken eines
bearbeiteten und eines unbearbeiteten Werkstückes. Bei dieser Lösung muss
nach dem Ergreifen des bearbeiteten Werkstückes nur eine sehr kurze Hubbewegung
durchgeführt werden,
um das bearbeitete Werkstück
aus der Vorrichtung auszuheben – der
eigentliche Werkstückwechsel
erfolgt durch die vorbeschriebene Schwenkbewegung über die
Drehachse, wobei Ein- und Ausschwenken der Werkstücke in bzw.
aus dem Arbeitsraum gleichzeitig geschieht.
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Die
Konstruktion hat den Vorteil, dass lediglich eine Palette mit einer
zugeordneten Vorrichtung erforderlich ist und dass das beim Werkstückwechsel zu
bewegende Gewicht im Wesentlichen durch das Werkstückgewicht
und das Gewicht der Greifer bestimmt ist, so dass die zu beschleunigende
Masse gegenüber
den eingangs beschriebenen Palettenwechslern wesentlich geringer
ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine Energiezufuhr
für die Spannvorrichtung
außerhalb
des Arbeitsraums vorgesehen werden muss. Der Werkstückwechsel
ist im Wesentlichen durch eine sehr kurze Hubbewegung und eine Verschwenkung
der Greifer um die Drehachse möglich,
während
bei der bekannten Bauweise sehr lange Ausfahr- und Einfahrhübe, sowie
ein Vertakten erforderlich war, um die beiden an getrennten Vertikalachsen
angeordneten Greifer in ihre Arbeitspositionen zu bringen.
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Die
Wirkverbindung zwischen Drehachse und Wandungsteil kann beispielsweise über eine Kupplungseinrichtung
erfolgen, die beim Absenken der Vertikalachse an das Wandungsteil
drehfest ankuppelt.
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Zur
Abstützung
der Drehachse während
der Schwenkbewegung kann das Wandungsteil drehbar auf einem Stützkörper eines
Maschinenbetts abgestützt
werden.
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Die
Ein- und Ausfahrbewegung der Greifer in den Arbeitsraum in Vertikalrichtung
ist besonders einfach, wenn dieser mit einer Ladeluke versehen wird,
durch die hindurch ein Greifer bei Ansteuerung der Linearachse in
den Arbeitsraum einfährt.
Diese Ladeluke kann beispielsweise entlang zweier linearer Führungen
verschiebbar in der Maschinenverkleidung gelagert sein, wobei vorzugsweise
ein Führungsteil
einer Führung
an dem schwenkbaren Wandungsteil befestigt ist.
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Der
erfindungsgemäße Werkzeugwechsler wird
vorteilhafterweise in Portalbauweise ausgeführt, wobei die Vertikalachse
und die Drehachse an einem entlang eines Portals verfahrbaren Laufwagen
ausgebildet sind.
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Insbesondere
bei der Bearbeitung von großen
Werkstücken
kann es vorteilhaft sein, wenn der Drehachse eine Fixiereinrichtung
zugeordnet ist über die
eine Abstützung
beim Verfahren des Portals ermöglicht
ist.
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Die
Drehachse wird vorzugsweise als NC-Achse ausgebildet. Die Greifer
können
in beliebiger geeigneter Bauweise, beispielsweise als H-Greifer
ausgeführt
sein.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand einer schematischen, stark vereinfachten Darstellung eines
erfindungsgemäßen Werkstückwechslers
erläutert.
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Der
in der einzigen Figur dargestellte Werkstückwechsler 1 ist einer
Bearbeitungseinheit, beispielsweise einer Werkzeugmaschine zugeordnet, von
der in der gewählten
Darstellung lediglich ein Arbeitsraum 2 angedeutet ist.
Dieser wird von einer Maschinenverkleidung 4 und einem
Bearbeitungstisch 6 begrenzt, auf dem eine Palette 8 und
eine Spann-Vorrichtung 10 zur Aufnahme eines zu bearbeitenden
Werkstücks 12 angeordnet
sind. Die Maschinenverkleidung 4 ist mit einer in Horizontalrichtung
verlaufenden Ladeluke 14 versehen, die entlang von Führungen 16, 18 senkrecht
zur Zeichenebene verfahrbar ist, um das Werkstück 12 in den Arbeitsraum 2 hinein
oder aus diesem heraus zu fahren.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat
der Werkstückwechsler 1 ein
Portal 20, an dem ein beispielsweise senkrecht zur Zeichenebene
verfahrbarer Laufwagen 22 geführt ist. Dieser trägt eine Vertikalachse 24,
auf die eine Drehachse 26 aufgesetzt ist. An dieser ist
ein Werkstückträger 28 mit
einem Bringegreifer 30 und einem Holegrei fer 32 mit den
zugeordneten, nicht dargestellten Betätigungsmitteln befestigt, über die
die Greifer 30, 32 betätigbar sind. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind
die beiden Greifer 30, 32 jeweils mit etwa L-förmigen Greifarmen 34 ausgeführt, die
durch Verschwenken um ein Schwenklager 36, Linearverschiebung
oder Drehen um eine vertikale Achse in eine Eingriffspositon mit
Bezug zum Werkstück
bringbar sind. Diese Eingriffspostion ist in der Figur rechts dargestellt,
wobei ein sich in einer Warteposition befindliches, zu bearbeitendes
Werkstück 13 über die Greifarme 34 gegen
Zentrierkörper 38 am
Werkstückträger 28 vorgespannt
ist, so daß eine
exakte Lagepositionierung der Werkstücke 12, 13 mit
Bezug zu den Vorrichtungen 10 möglich ist.
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Wie
des weiteren in der Figur angedeutet ist, hat der Werkstückträger 28 im
Bereich zwischen den beiden Greifern 30, 32 eine
Kupplungseinrichtung 40, die beim Absenken des Werkstückwechslers 1 mittels
der Vertikalachse 24 in Eingriff mit einem drehbar gelagerten
Wandungsteil 42 der Maschinenverkleidung 4 bringbar
ist. Das heißt,
durch Absenken des Werkstückträgers 28 gelangt
die Kupplungseinrichtung 40 in Eingriff mit dem Wandungsteil 42, so
daß dieses
drehfest mit dem Werkstückträger 28 und
somit der Drehachse 26 verbunden ist.
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Zur
Abstützung
der Drehachse 26 während der
im folgenden beschriebenen Schwenkbewegung kann am unteren Endabschnitt
des Wandungsteils 42 ein Schwenklager 44 vorgesehen
werden, über
das das Wandungsteil 42 während der Schwenkbewegung auf
einem Lager 46 der Bearbeitungseinheit abgestützt ist.
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Wie
aus der Darstellung hervorgeht, trägt das verschwenkbare Wandungsteil 42 Führungen 18, 18' entlang denen
die Ladeluke 14 verschiebbar ist. Das heißt, je nach
Schwenkposition läßt sich
eine der Führungen 18 bzw. "18'" die Führungsposition
mit Bezug zur Ladeluke 14 bringen.
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Der
erfindungsgemäße Werkstückwechsler 1 hat
eine nicht dargestellte Fixiereinrichtung, über die die Drehachse 26 während der
Ausfahr- und Einfahrbewegung und der Verfahrbewegung des Laufwagens
zwischen einzelnen Bearbeitungsstationen abgestützt ist. Diese Abstüt zung ist
aufgrund der einseitigen Belastung bei schweren Werkstücken 12 bzw. 13 vorteilhaft.
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Die
Anordnung des Portals 20 kann so gewählt werden, daß der erfindungsgemäße Werkstückwechsler 1 mehreren
Bearbeitungseinheiten zugeordnet ist.
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Zum
besseren Verständnis
wird im folgenden die Funktion des Werkstückwechslers 1 erläutert. Es
sei angenommen, daß das
im Arbeitsraum 2 aufgenommene Werkstück 12 bearbeitet und
einem weiteren Fertigungsschritt zugeführt werden soll. Der Bringegreifer 30 greift
ein zu bearbeitendes Werkstück 13,
während
die Holegreifer 32 leer sind. Die Vertikalachse 24 und
der Laufwagen 22 sind in eine Grundposition gefahren, in
der der leere Bringegreifer 32 oberhalb der geschlossenen
Ladeluke 14 angeordnet ist. Zum Werkstückwechsel wird die Ladeluke 14 geöffnet und
der Holegreifer 32 durch Ansteuerung der Vertikalachse 24 in
der Darstellung nach unten gefahren, bis die Greifarme 34 in
ihre vorbestimmte Greifposition mit Bezug zum bearbeiteten Werkstück 12 gebracht
sind. Während
dieser über die
Vertikalachse 24 durchgeführten Einfahrbewegung gelangt
die Kupplungseinrichtung 40 in Eingriff mit dem verschwenkbaren
Wandungsteil 42 der Maschinenverkleidung 4, so
daß dieses
drehfest mit dem Werkstückträger 28 verbunden
ist.
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Anschließend wird
das vom Holegreifer 32 gehaltene, bearbeitete Werkstück 12 durch
eine kurze Hubbewegung der Vertikalachse 24 aus der Vorrichtung 10 ausgehoben.
Für den
Fall, daß das
Werkstück 12 in
Horizontalrichtung in die Vorrichtung 10 eingesetzt ist,
kann diese Aushebbewegung auch über
die Z-Achse der Maschine erfolgen.
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Anschließend wird
durch Ansteuerung der vorzugsweise als NC-Achse ausgeführten Drehachse 26 das
im Bringegreifer 30 aufgenommene, zu bearbeitende Werkstück 13 in
den Arbeitsraum 2 eingeschwenkt, wobei gleichzeitig das
im Holegreifer 32 aufgenommene bearbeitete Werkstück 12 aus
dem Arbeitsraum 2 herausgeschwenkt wird. Während dieser
Schwenkbewegung um 180° schwenkt
das Wandungsteil 42 mit, wobei die Drehachse 26 über das Schwenklager 24 auf
dem Lager 46 abgestützt
ist, so daß die
Drehachse während
der Schwenkbewegung zusätzlich
stabilisiert wird.
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Durch
die Anbindung des Wandungsteils 42 an den Werkstückwechsler 1 ist
keine eigene Betätigungseinrichtung
für das
Wandungsteil 42 erforderlich, um dieses aus dem Kollisionsbereich
mit dem Werkstückwechsler 1 zu
bringen. Durch die Schwenkbewegung des Wandungsteils 42 wird
die außenseitige
Führung 18' in die Bezugsposition
zur Ladeluke 14 gebracht und die Führung 18 ausgeschwenkt.
Selbstverständlich
ist es auch möglich, diese
Führungen 18 ortsfest
und unabhängig
vom Wandungsteil 42 anzuordnen.
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Anschließend wird
durch Ansteuern der Vertikalachse (Portalachse) der Greifer 34 durch
eine kurze Hubbewegung aus dem Arbeitsraum 2 herausgefahren
und die Ladeluke 14 geschlossen, so daß die Bearbeitung des Werkstücks 13 erfolgen
kann. Das im bisherigen Holegreifer 32 aufgenommene, bearbeitete
Werkstück 12 kann
dann durch Verfahren der Vertikalachse 24 und des Laufwagens 22 entlang dem
Portal 20 zu der nächsten
Bearbeitungsstation oder zu einem Be-/Entladeplatz verfahren werden.
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Der
besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Werkstückwechslers 1 liegt
darin, daß aufgrund der
sehr kurzen Hubbewegungen die Vertikalachse 24 relativ
kurz ausgeführt
werden kann, so daß die Bauhöhe des Werkstückwechslers 1 gegenüber den eingangs
beschriebenen Portalkonstruktionen erheblich verringert ist. Die
Werkstückwechselzeiten
sind mit denjenigen herkömmlicher
Palettenwechsler vergleichbar, wobei aufgrund des geringen Baugewichts des
Werkstückwechslers 1 die
Massenbelastung wesentlich verringert ist, so daß ein schnellerer Werkstückwechsel
bei verringerter Antriebsleistung ermöglicht ist.
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Offenbart
ist ein Werkstückwechsler,
bei dem eine auf eine Linearachse aufgesetzte Drehachse mit einem
Holegreifer und einem Bringegreifer ausgeführt ist und der Werkstückwechsel über die
Drehachse durch gleichzeitiges Ein- und Ausschwenken des unbearbeiteten
bzw. bearbeiteten Werkstückes erfolgt.
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- 1
- Werkstückwechsler
- 2
- Arbeitsraum
- 4
- Maschinenverkleidung
- 6
- Bearbeitungstisch
- 8
- Palette
- 10
- Vorrichtung
- 12
- Werkstück
- 13
- Werkstück
- 14
- Ladeluke
- 16
- Führung
- 18
- Führung
- 20
- Portal
- 22
- Laufwagen
- 24
- Vertikalachse
- 26
- Drehachse
- 28
- Werkstückträger
- 30
- Bringegreifer
- 32
- Holegreifer
- 34
- Greifarme
- 36
- Schwenklager
- 38
- Zentrierkörper
- 40
- Kupplungseinrichtung
- 42
- Wandungsteil
- 44
- Schwenklager
- 46
- Lager