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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken, vorzugsweise vorgesehen für den Einsatz bei einem Handhabungssystem. Spezieller richtet sich die Erfindung auf eine Bearbeitungsvorrichtung, die für den Einsatz bei Handhabungssystemen in Form von Industrierobotern vorgesehen ist, die am Ausleger eines Roboterarms eine programmgesteuerte Arbeitseinheit aufweisen.
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Der Einsatz von Arbeitseinheiten an Roboterarmen von Industrierobotern ist in der industriellen Fertigung Stand der Technik und kommt mit unterschiedlichen Arbeitseinheiten für die verschiedensten Bearbeitungs- und Handhabungsaufgaben zum Einsatz. Beispielhaft zeigt die
DE 10 2013 206 791 A1 am Armausleger des Roboterarms eines Industrieroboters eine Arbeitseinheit in Form einer sog. Roboterhand.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bei einfacher und kompakter Bauweise in Verbindung mit Handhabungssystemen, wie Industrierobotern, besonders vorteilhaft für die spanende Bearbeitung mittels rotierender Werkzeuge einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Demgemäß sieht die Erfindung mindestens eine in einem Vorrichtungsgehäuse längsverfahrbar geführte Dreh-Antriebseinheit, die ein spanendes Werkzeug rotierend antreibt, sowie eine Vorschub-Antriebseinheit vor, die die Dreh-Antriebseinheit von einer hinteren Nicht-Bearbeitungsstellung in eine vordere Bearbeitungsstellung und umgekehrt bewegt. Dadurch, dass in einem Vorrichtungsgehäuse sowohl der Drehantrieb für ein Rotationswerkzeug, wie einen Bohrer, und der Antrieb für die Vorschubbewegung zusammengefasst sind, wobei das Vorrichtungsgehäuse gleichzeitig die Längsführung für die Dreh-Antriebseinheit bildet, stehen in einer Baueinheit sämtliche für Bearbeitungen, wie Bohrvorgängen, erforderliche Funktionseinheiten zur Verfügung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich daher als Arbeitseinheit, die, was beide Antriebseinheiten sowie Vorschubführung anbelangt, autark arbeitet, mit besonderem Vorteil an einem Handhabungssystem, wie dem Roboterarm eines Industrieroboters, einsetzen.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Dreh-Antriebseinheit ein Motorgehäuse auf, das über eine Führungseinrichtung im Vorrichtungsgehäuse längsverfahrbar geführt auf seiner der Vorschub-Antriebseinheit zugewandten Seite mit dieser gekoppelt ist und zumindest auf seiner anderen gegenüberliegenden Seite von einer Antriebswelle durchgriffen ist, an der das Bearbeitungswerkzeug festlegbar ist.
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Mit Vorteil kann die Vorschub-Antriebseinheit eine Steuerkammer aufweisen, in der ein Steuerkolben gegen die Kraft eines Energiespeichers von der Nicht-Bearbeitungsstellung pneumatisch in die Bearbeitungsstellung verfahrbar geführt und an einer Steuerstange der Vorschubeinheit festgelegt ist, die mit ihrem freien Ende an dem Motorgehäuse der Dreh-Antriebseinheit angreift.
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Die Dreh-Antriebseinheit kann einen Pneumatikmotor aufweisen, der von seinem Betriebsmedium Luft über die Steuerstange gespeist ist. Die Auslegung beider Antriebe als Pneumatikantriebe eröffnet die vorteilhafte Möglichkeit, die gesamte Energieversorgung der Vorrichtung durch eine einzige Versorgungseinheit, wie eine Druckluftquelle, vorzusehen.
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Mit Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass in der Steuerkammer Puffereinrichtungen vorhanden sind, die dem Anschlagen des Steuerkolbens in seinen Endstellungen dienen. Dadurch ist auch ein Endanschlag für den Werkzeugvorschub, wie die Begrenzung der Bohrtiefe eines betreffenden Bohrwerkzeuges, realisierbar.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Steuerstange mit ihrem anderen freien Ende aus dem Vorrichtungsgehäuse herausgeführt und an eine Dämpfereinrichtung angelegt, die vorzugsweise in beiden gegenläufigen Verfahrrichtungen an der Steuerstange wirkt.
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Für die an die Bearbeitungsaufgabe angepasste Steuerung der Vorschubbewegung kann die Position des anderen freien Endes der Steuerstange, das aus dem Vorrichtungsgehäuse herausgeführt ist, mittels einer Sensoreinrichtung überwacht sein. Mit Vorteil kann hierbei eine induktive Sensoreinrichtung mittels eines oder mehrerer Näherungsschalter vorgesehen sein.
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Diesbezüglich kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass das herausgeführte, andere freie Ende der Steuerstange mit einer Steuerplatte verbunden ist, an der die Dämpfereinrichtung angreift, wobei zumindest eine der Endstellungen der Steuerplatte mittels der Sensoreinrichtung überwacht ist.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Steuerstange zum Führen des Pneumatikmediums des Pneumatikmotors hohl ausgeführt und über eine Querverbindung an eine Ringkammer im Vorrichtungsgehäuse permanent angeschlossen, die wiederum an eine Druckluftversorgungsleitung im Vorrichtungsgehäuse angeschlossen ist, wobei die Baulänge der Ringkammer in jeder Verfahrstellung der Steuerstange zumindest teilweise eine Überdeckung mit der Querverbindung erlaubt. Dadurch, dass dergestalt die Steuerstange neben der Vorschub- und Führungsfunktion auch die Druckversorgung des Pneumatikmotors übernimmt, ist das Vorrichtungsgehäuse in besonders kompakter Bauweise ausbildbar.
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Am freien Ende der Antriebswelle kann ein Bohrfutter angeordnet sein, das der Aufnahme eines Bohrers als spanendes Werkzeug dient.
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An seinem freien Ende kann der Bohrer eine Führungseinrichtung durchgreifen, die, am Außenumfang des Bohrfutters vorbeigeführt, an ihrem freien Ende eine Zentrierhilfe aufweist, die dem Ansetzen der Vorrichtung auf dem Werkstück dient, vorzugsweise in Form einer Blechtafel oder eines sonstigen Blechzuschnittes. Die Führungseinrichtung kann als eine Art Bohrhülse ausgebildet sein, die am vorderen Austrittsende eine kegelförmige Verjüngung besitzt, durch die sich bei mit einer Andrückkraft erfolgendem Ansetzen der Vorrichtung am betreffenden Blechteil eine leichte Eindrückung ausbildet, die zur Fixierung des Bohrzentrums am Werkstück beiträgt. Es braucht im Bedarfsfall aber auch keine Zentrierung vorgesehen zu sein und die Führungseinrichtung bleibt dann auf Abstand zu dem zu bohrenden Werkstück und dient ausschließlich der Führung des Bohrwerkzeuges beim Bohren.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Schrägansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 eine abgebrochen und mit zentraler Vertikalebene aufgeschnitten gezeichnete perspektivische Schrägansicht des die Vorschub-Antriebseinheit aufweisenden Gehäuseabschnitts des Ausführungsbeispiels; und
- 4 eine vereinfachte Funktionsskizze des Ausführungsbeispiels.
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Wie am deutlichsten aus 1 ersichtlich ist, weist das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein als Ganzes mit 2 bezeichnetes Vorrichtungsgehäuse auf, das ein Gehäusehauptteil 4 mit rechteckförmigem Querschnitt aufweist, an das sich ein Gehäuseansatz 6 anschließt, der an einer Stufe 8 in einen einen verringerten Umriss aufweisenden Gehäusefortsatz 10 mit quadratischem Querschnitt übergeht. Am Gehäusefortsatz 10 ist ein Gehäusevorderteil 12 angebracht, das den gleichen Umriss wie der quadratische Gehäusefortsatz 10 besitzt, jedoch in seinem dem Fortsatz 10 zugewandten Außenwandbereich Wandvertiefungen 14 aufweist, die Freiräume für Befestigungsschrauben 16 bilden, mit denen das Gehäusevorderteil 12 am Gehäusefortsatz 10 angeflanscht ist. An das vordere freie Ende des Gehäusevorderteils 12 wiederum schließt sich eine Führungseinrichtung 18 an, die mittels Befestigungsschrauben 20 am Gehäusevorderteil 12 angeflanscht ist.
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Wie 2 und 3 zeigen, bilden das Gehäusevorderteil 12 und der anschließende Gehäusefortsatz 10 mit ihrem kreiszylindrischen, zur Vorrichtungslängsachse 22 konzentrischen Innenraum eine Längsführung 24 für das Motorgehäuse 26 eines Pneumatikmotors. Dessen Antriebswelle 28, die, siehe 2, am Ende des Gehäusevorderteils 12 aus dem Motorgehäuse 26 austritt, ist mit einem Bohrfutter 30 verbunden, in dem in üblicher Weise ein Rotationswerkzeug, wie ein Bohrer 100, festspannbar ist. Das andere Ende des Motorgehäuses 26, das sich innerhalb der Längsführung 24 bis in den Bereich des Gehäusefortsatzes 10 erstreckt, ist mit einer Steuerstange 32 fest verbunden, die sich, zur Achse 22 koaxial, durch den Gehäuseansatz 6 und das Gehäusehauptteil 4 hindurch erstreckt und über das in 2 und 3 rechtsseitig gelegene Gehäuseende 34 hinaus nach außen übersteht. Die Steuerstange 32 ist Bestandteil der pneumatischen Vorschub-Antriebseinheit, die sich innerhalb des Gehäusehauptteils 4 befindet, und bildet gleichzeitig einen Leitungsabschnitt für die Druckluftversorgung des im Motorgehäuse 26 befindlichen Pneumatikmotors.
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Zu diesem Zweck weist die Steuerstange 32 einen inneren, zur Achse 22 koaxialen Versorgungskanal 36 auf, dessen in 2 und 3 linksseitiges Ende mit einem Drucklufteinlass 38 des Motorgehäuses 26 in Verbindung ist. Für die Zufuhr von Druckluft zum Kanal 36 der Steuerstange 32 ist im Gehäusehauptteil 4 eine zur Gehäuseoberseite verlaufende Versorgungsleitung 40 gebildet, die über einen an der Gehäuseoberseite befindlichen Druckluftanschluss 42 versorgt ist. Das innere Ende der Versorgungsleitung 40 mündet in eine Ringkammer 44, die, wie 3 zeigt, die Steuerstange 32 in einem zwischen Dichtelementen 46 und 48 gelegenen Bereich umgibt. Am inneren Ende des Kanals 36 ist dieser über Querbohrungen 50 mit der Ringkammer 44 in Verbindung. Die axiale Länge der Ringkammer 44 ist so gewählt, dass sowohl bei der in den Figuren gezeigten Nicht-Bearbeitungsstellung als auch bei den vorgeschobenen Bearbeitungsstellungen die Querbohrungen 50 mit der Ringkammer 44 in Überdeckung sind und dadurch auch bei diesen Stellungen der Pneumatikmotor von der Versorgungsleitung 40 her über den Kanal 36 mit Druckluft versorgbar ist. Wie 3 am deutlichsten zeigt, weist die Steuerstange 32 in dem Verbindungsbereich mit dem Motorgehäuse 26 eine glockenartige Erweiterung auf, die für den vom Pneumatikmotor rückströmenden Luftstrom einer Ausströmkammer 52 bildet, aus der die rückströmende Luft über Ausströmkanäle (von denen in 3 nur einer sichtbar ist) zu Schalldämpfern 58 gelangt, die an der Gehäuseoberseite den Luftaustritt bilden.
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Die Vorschubantriebseinheit, die ebenfalls pneumatisch betätigt ist und deren Vorschubkraft über die Steuerstange 32 auf das Motorgehäuse 26 übertragen ist, weist eine Steuerkammer 60 auf, in der ein Steuerkolben 62 geführt ist. Die Steuerkammer 60 ist im Gehäusehauptteil 4 durch einen zur Achse 22 koaxialen, im Gehäusehauptteil 4 befindlichen Kreiszylinder gebildet, dessen dem Gehäusefortsatz 6 zugewandtes offenes Ende durch den Gehäusefortsatz 6 geschlossen ist, der sich mit einem vorstehenden Bund 64 ins Innere des Zylinders erstreckt, wobei ein Dichtring 66 die Abdichtung bildet. Weitere Dichtringe 70 und 72 bilden die Abdichtung zwischen Steuerstange 32 und Gehäusefortsatz 6 bzw. zwischen Steuerstange 32 und dem Drucklufteinlass 38 am Motorgehäuse 26, siehe 3. Der Steuerkolben 62 liegt zur Übertragung der Vorschubkraft auf die Steuerstange 32 an einer Stufe 74 an, die sich am Außenumfang der Steuerstange 32 befindet, wobei eine auf einem Außengewinde der Steuerstange 32 befindliche Mutter 76 den Kolben 62 mit der Stufe 74 in Anlage hält (3).
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Wie lediglich in 2 und 4 sichtbar, ist für die pneumatische Betätigung des Steuerkolbens 62 ein im Gehäusehauptteil 4 verlaufender Versorgungskanal 78 gebildet, der von einem an der Gehäuseoberseite befindlichem, weiterem Druckluftanschluss 80 versorgbar ist, um Druckluft zu einem Druckraum 82 zuzuführen, der durch einen im Innendurchmesser verringerten, sich an die Steuerkammer 60 anschließenden Zylinder gebildet ist. An der dem Druckraum 82 gegenüberliegenden Kolbenseite des Steuerkolbens 62 stützt sich eine Druckfeder 84 ab, deren anderes Ende am den Abschluss der Steuerkammer 60 bildenden Gehäuseansatz 6 anliegt. Vervollständigt ist die Vorschub-Antriebseinheit durch in der Steuerkammer 60 angeordnete Puffereinrichtungen, an denen der Steuerkolben 62 in den Endstellungen seiner Arbeitsbewegungen anschlägt. Die Puffereinrichtungen sind durch je einen Ringkörper 86 gebildet, die jeweils an einem der Enden der Steuerkammer 60 anliegen. Für die Belüftung der Steuerkammer 60 auf der Kolbenseite des Steuerkolbens 62, die dem Druckraum 82 entgegengesetzt ist und in dem sich die Druckfeder 84 befindet, ist ein Drosselrückschlagventil 88 vorgesehen, das über einen Belüftungskanal 91 ( 4) mit der dem Druckraum 82 abgewandten Teil der Steuerkammer 60 in Verbindung ist.
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Das aus dem Ende 34 des Gehäusehauptteiles 4 herausgeführte Ende der Steuerstange 32 ist mit einer Steuerplatte 90 verbunden, die Teil einer Sensoreinrichtung zur Überwachung der Axialposition der Steuerstange 36 ist. Die Sensoreinrichtung weist mindestens einen Näherungsschalter 92 auf, der an einem Halter 94 in einem definierten Abstand vom Gehäuseende 34 festgelegt ist. 2 und 3 zeigen diesbezüglich die Anordnung nur eines Näherungsschalters 92, während in 4 die Anordnung zweier Näherungsschalter 92 dargestellt ist. Über Steckverbinder 95 sind die jeweiligen Näherungsschalter 92 mit der Steuerelektronik der Vorrichtung in Verbindung. Mit einem Plattenteil, das von der Steuerstange 32 auf der den jeweiligen Näherungsschaltern 92 entgegengesetzten Seite rauskragt, bildet die Steuerplatte 90 auch den Halter für mindestens einen Stoßdämpfer 96, der mit seiner Kolbenstange 98 an dem Gehäusehauptteil 4 anliegt und an der Steuerstange 32 in beiden Verfahrrichtungen dämpfend wirkt. Es besteht auch die Möglichkeit zwei Stoßdämpfer vorzusehen, die einmal beim Ausfahren und einmal beim Einfahren dämpfend wirken.
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Das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel ist für ein Werkzeug in Form des im Bohrkopf 30 gespannten Bohrers 100 ausgelegt. Bei der Durchführung des Bohrvorganges weist die Führungseinrichtung 18 eine Zentrierhilfe in der Art einer Bohrhülse 102 auf, die von zwei Haltebügeln 104 der Führungseinrichtung 18, zur Längsachse 22 koaxial, in einem Abstand vor dem Bohrfutter 30 gehalten ist. Die Haltebügel 104 sind zueinander entgegengesetzt im Abstand vom Bohrfutter 30 zur Hülse 102 nach vorn geführt. Am freien Ende ist die Hülse 102 durch einen Endkonus 106 verjüngt. Zur Durchführung eines Bohrvorgangs wird die Vorrichtung vom betreffenden Handhabungssystem an das zu bohrende Werkstück, wie eine Blechtafel, mit vorgebbarem Abstand herangeführt.
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Bei in Gang gesetztem Pneumatikmotor durch Druckluftzufuhr über den Anschluss 42 erfolgt der Vorschub des Bohrers 100 durch Druckluftversorgung des Druckraums 82 am Steuerkolben 62, wobei die Vorschubbewegung unter Überwachung mittels der Sensoreinrichtung erfolgt. Bei der Bewegung des Steuerkolben 62, der durch seine Anlage an der Stufe 64 der Steuerstange 36 diese mitnimmt und die Vorschubbewegung des Motorgehäuses 26 in der Längsführung 24 gemeinsam mit dem Bohrfutter 30 veranlasst, bewegt sich der Steuerkolben 62 gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 84. Hierbei ist der die Druckfeder 84 enthaltende Raum der Steuerkammer 60 über das Drosselrückschlagventil 88 entlüftet. Nach Durchführen des Bohrvorganges und Beenden der Druckversorgungen über die Anschlüsse 42 und 80 stellt die Druckfeder 84 bei nun stillgelegtem Pneumatikmotor den nicht mehr durckbeaufschlagten Steuerkolben 62 wieder zurück, so dass Bohrkopf 30 und Motorgehäuse 26 mit der Steuerstange 32 wieder entgegen der Vorschubrichtung zurückgefahren werden. Neben einer federbelasteten Rückstellung des Steuerkolbens 62 besteht aber auch die Möglichkeit zusätzlich oder alternativ die Rückstellung mittels pneumatischer Druckkraft durchzuführen. Hierbei erfolgt über das Drosselrückschlagventil 88 die gedrosselte Belüftung des die Druckfeder 84 enthaltenden Raumes der Steuerkammer 60. Bei in Gang gesetztem Pneumatikmotor, bei dem die Druckluft über die Ausströmkanäle 56 abströmen, verringern die Schalldämpfer 58 das Betriebsgeräusch des Bohrvorganges.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013206791 A1 [0002]
