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Die
Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine mit einer zugeordneten
Werkstückwechselvorrichtung.
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Bei
Bearbeitungsmaschinen und insbesondere sogenannten Bearbeitungszentren
ist es bekannt, unbearbeitete Werkstücke zuzuführen, auf der Werkstückaufnahme
zu spannen und die Werkstücke nach
der Bearbeitung sodann wieder von der Werkstückaufnahme abzunehmen und zu
einem vorbestimmten Zielort zu transportieren. Dazu sind in der Praxis
eine ganze Reihe von Zubringersystemen bekannt, die häufig mit
Industrierobotern oder Handlingsystemen ausgestattet sind, welche
die für
das Be- und Entladen der Bearbeitungsmaschine erforderlichen Handhabungsschritte
durchführen.
Müssen Werkstücke, beispielsweise
in Bearbeitungszentren, auf mehreren Seiten und in verschiedenen
zeitlich aufeinander folgenden Bearbeitungsschritten bearbeitet
werden, ergeben sich unter Umständen
verhältnismäßig lange
Bearbeitungszeiten, die in der Größenordnung von einigen Minuten
bis zu einer Stunde und mehr betragen können. Im Vergleich dazu ist
die für
das Auf- und Abspannen der Werkstücke auf der Werkstückaufnahme
erforderliche Zeit verhältnismäßig kurz.
Das bedeutet in der Praxis, dass ein für diesen Zweck eingesetzter
Industrieroboter nur während
einer kurzen Zeitspanne aktiv und sonst unbeschäftigt ist. Ein wirtschaftlicher
Einsatz des Industrieroboters ist deshalb unter diesen Bedingungen
nicht gegeben. Grundsätzlich ähnliches
gilt auch für
sogenannte Handlings- oder Zubringersysteme, die mit eigenen Antrieben
für mehrere
Bewegungsachsen zugeordneter Werkstückgreif- oder -positioniermittel
ausgestattet sind. Hinzu kommt, dass solche Industrieroboter und
Handlingssysteme einen verhältnismäßig hohen
Flächenbedarf
aufweisen, der die erforderliche Produktionsfläche in unerwünschter
Weise vergrößert. Außerdem sind
in der Regel zusätzliche
Sicherheitseinrichtungen in Form von Absperrungen, Sicherheitszäunen und
dergleichen zum Schutz des Bedienungspersonals erforderlich. Alle
diese Maßnahmen
sind ebenfalls kostenintensiv.
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In
der Praxis ist eine Werkstückwechseleinrichtung
für Bearbeitungszentren
bekannt geworden, die mit einer Werkzeugwechselvorrichtung ausgerüstet sind.
Dabei ist in dem Werkzeugspeicher der Werkszeugwechselvorrichtung
ein Werkstückgreifer enthalten,
der bei Bedarf in die Arbeitsspindel eingewechselt und zum Ein-
und Auslegen des Werkstücks
in bzw. aus der Werkstückaufnahme
benutzt wird. Bei diesem System ist aber der Greifer, bedingt durch
die Abmessungen des Werkzeugspeichers, maßlich begrenzt. Da die Energieversorgung
für die Betätigung des
Greifers und zu dessen Positionsabfrage durch die Arbeitsspindel
erfolgen muss, ergeben sich insoweit unerwünschte Beschränkungen. Außerdem besteht
im Falle einer Kollision die Gefahr einer Beschädigung der Arbeitsspindel oder
deren Lagerung, was mit hohen Reparaturkosten und längeren Ausfallzeiten
für die
Maschine verbunden ist.
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In
der Praxis werden deshalb Bearbeitungsmaschinen auch heute noch überwiegend
von Hand mit Werkstücken
bestückt
und entladen. Der Arbeitszyklus läuft typischerweise derart ab,
dass die Bedienungstüren
zum Arbeitsraum, beispielsweise des Bearbeitungszentrums, geöffnet werden,
worauf ein Bediener die bearbeiteten Werkstücke entnimmt, neue unbearbeitete
Werkstücke
auf die Werkstückaufnahme
auflegt, anschließend
die Türen
schließt
und daraufhin die Maschine startet. Nachteilig bei diesem Bestückungsablauf
ist u.a., dass wenn ein Bediener mehrere Bearbeitungszentren oder
-maschinen bestückt,
wie dies mit Rücksicht
auf den Personalaufwand heute üblich
ist, sich Wartezeiten einzelner Maschinen nicht vermeiden lassen.
Dies rührt
daher, dass werkstückabhängig die
Bearbeitungszeiten der einzelnen Maschinen nicht so zeitlich gegeneinander versetzt
werden können,
dass immer nur eine Maschine zu Be- und Entladung bereit steht,
während die
anderen Maschinen Bearbeitungsschritte durchführen. Davon abgesehen, besteht
bei einer Handbestückung
immer die Gefahr einer Fehlbedienung derart, dass Werkstücke in ihre
zugeordneten Spannvorrichtungen auf der Werkstückaufnahme falsch eingelegt
werden, was zur Beschädigung
oder Zerstörung von
Werkstücken
oder Werkzeugen und sogar zu Schäden
an der Maschine, insbesondere deren Arbeitsspindel, führen kann.
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Zur
Erleichterung des Werkstückwechsels bei
einer einen Arbeitsraum aufweisenden Werkzeugmaschine ist es aus
der
EP 0 800 893 A2 bekannt,
in dem Arbeitsraum eine Entnahmevorrichtung für Werkstücke vorzusehen, die nach Beendigung
des Bearbeitungsprozesses das bearbeitete Werkstück aus der Werkstückaufnahme
entnimmt und zum Auswechseln zu dieser beabstandet bereithält. Damit
wird aber lediglich das Werkstück
näher an
den Bediener herangebracht, so dass die grundsätzliche Problematik des manuellen
Einsetzens unbearbeiteter Werkstücke
in die Maschine bestehen bleibt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine einfache, kostengünstige
automatisierte Einrichtung zum Werkstückwechseln bei einer Bearbeitungsmaschine,
insbesondere einem Bearbeitungszentrum, zu schaffen, die sich durch
einen geringen Platzbedarf und dadurch auszeichnet, dass sie flexibel
an unterschiedlichen Maschinen eingesetzt werden kann.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Einrichtung die Merkmale
des Patentanspruchs 1 auf.
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Die
Erfindung geht aus von einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere
einem Bearbeitungszentrum, mit einem Gestell an dem wenigstens ein Werkzeugträger, bspw.
ein Spindelkopf, in zumindest einer Achsrichtung verstellbar gelagert
ist, der zumindest eine zur Aufnahme eines Werkzeuges eingerichtete
Arbeitsspindel enthält.
Zum Verstellen des Werkzeugträgers
sind gesteuerte Stellmittel in zumindest einer Achsrichtung vorgesehen.
Der Arbeitsspindel ist eine Werkstückaufnahme für zu bearbeitende
Werkstücke
zugeordnet, die jeweils ein einzelnes Werkstück aufnehmen oder in Gestalt
einer Mehrfach-Spannvorrichtung ausgebildet sein kann, in welcher
mehrere Werkstücke
gleichzeitig und/oder zeitlich aufeinanderfolgend in jeweils einer
Aufspannung bearbeitet werden können.
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Diese
Bearbeitungsmaschine ist erfindungsgemäß mit einer Werkstückwechselvorrichtung
ausgestattet, die an dem Werkzeugträger angeordnete Werkstückgreifmittel
trägt,
die bezüglich
des Werkzeugträgers
verstellbar gelagert sind und denen eine Stelleinrichtung zur Erzeugung
ihrer Stellbewegung zugeordnet ist. Durch eine Steuereinrichtung
sind die Stellmittel des Werkzeugträgers und die Stelleinrichtung
der Werkzeuggreifmittel derart steuerbar, dass durch eine gemeinsame
Bewegung des Werkzeugträgers
und der Werkzeuggreifmittel Werkstücke von der Werkstückaufnahme
zu einer in deren Nähe
angeordneten Werkstückablage,
und umgekehrt, transportierbar sind.
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Die
Werkstückwechselvorrichtung
ist in dem Arbeitsraum der Bearbeitungsmaschine angeordnet. Damit
ist gewährleistet,
dass der ganze Vorgang des Auflegens eines neu zu bearbeitenden
Werkstückes auf
die Werkstückaufnahme
und des Abnehmens des bearbeiteten Werkstücks von der Werkstückaufnahme
innerhalb des Arbeitsraumes der Bearbeitungsmaschine stattfindet
ohne dass es dazu erforderlich wäre
Türen zu öffnen und
zu schließen
oder andere Sicherheitsmaßnahmen
ein- bzw. auszuschalten.
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Zusätzliche
Sicherheitsschranken oder eigene Sicherheitsmaßnahmen im Bereich der Bearbeitungsmaschine
sind nicht erforderlich, weil die an der Maschine ohnehin vorhandenen,
den Arbeitsraum nach außen
hin abschließenden
Sicherheitseinrichtungen mitbenutzt werden.
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Die
in dem Arbeitsraum angeordnete Werkstückwechselvorrichtung weist
in einer Ausführungsform
an dem Werkzeugträger
angeordnete Werkzeuggreifmittel auf, die bezüglich des Werkzeugträgers verstellbar
sind. Der Werkzeugträger
ist, wie erwähnt,
bspw. der Spindelkopf einer Mehrachsen-Bearbeitungsmaschine, der durch die
maschineneigenen Stelleinrichtungen längs seiner Bewegungsachsen
verstellbar ist. Durch die Anordnung der Werkstückwechselvorrichtung an dem
Werkzeugträger
ist es möglich,
die Stellbewegung des Werkzeugträgers für die Hin-
und Herbewegung der Werkstücke
zwischen der Werkstückaufnahme
und dem in der Ablagestation stehenden Werkstückträger auszunutzen, so dass sich
ein sehr einfacher Aufbau der Werkstückwechselvorrichtung ergibt.
Da die Bearbeitungsmaschine während
der Werkstückwechselzeit stillsteht,
kann sie so unmittelbar die Aufgaben übernehmen, die sonst ein Industrieroboter
oder ein Handlingsystem beim Werkstückwechsel ausführen müsste. Daraus
resultieren niedrige Herstellungskosten für die Gesamteinrichtung. Gleichzeitig
ist aber eine Gefährdung
der Arbeitsspindel beim Werkstückwechsel
ausgeschlossen.
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Weitere
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine sind
Gegenstand von Unteransprüchen.
Der Begriff „Bearbeitungsmaschine
oder -zentrum" ist
nicht einschränkend
zu verstehen. Die Bearbeitung der Werkstücke kann spanabhebend sein
und/oder in anderer Weise bspw. durch Pressen, Drücken und
dergleichen geschehen. Auch kann die Bearbeitung der Werkstücke Montagearbeiten
umfassen oder nur aus solchen bestehen.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des
Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 den grundsätzlichen
Aufbau einer Bearbeitungsmaschine gemäß der Erfindung in Gestalt eines
Bearbeitungszentrums, unter Weglassung des Gehäuses und der peripheren Geräte, in einer
schematischen, perspektivischen Darstellung,
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2 die Bearbeitungsmaschine
nach 1, in einer Draufsicht,
teilweise im Ausschnitt,
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3 die Bearbeitungsmaschine
nach 1, in einer Seitenansicht,
teilweise in schematischer Darstellung,
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4 einen Ausschnitt aus der
Bearbeitungsmaschine nach 1,
unter Veranschaulichung der an dem Spindelkopf angeordneten Werkstückwechselvorrichtung,
im axialen Schnitt, in einer Seitenansicht und im Ausschnitt, unter
Veranschaulichung der Werkstückgreifmittel
in der eingefahrenen Ruhestellung,
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5 die Anordnung nach 4 in einer Seitenansicht,
unter Veranschaulichung der Werkstückgreifmittel im ausgefahrenen
Zustand,
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6 die Lagerung der Werkstückgreifmittel der
Werkstückwechselvorrichtung
nach 4, teilweise im
Schnitt, in einer Seitenansicht,
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7 die Anordnung nach 6 in einer Draufsicht,
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8 die Stellvorrichtung der
Werkstückgreifmittel
der Werkstückwechselvorrichtung
nach 4, in einer Draufsicht
und im Ausschnitt,
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9 die Anordnung nach 8, in einer Seitenansicht
und im Ausschnitt,
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10 einen Werkstückträger für die Einrichtung
nach der 2, in perspektivischer
Darstellung mit abgenommenem stirnseitigem Deckel,
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11 einen stirnseitigen Deckel
des Werkstückträgers nach 10, in einer Seitenansicht
und in einem anderen Maßstab,
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12 einen Ausschnitt aus
der Bearbeitungsmaschine nach 3,
unter Veranschaulichung des dort im Schnittbild dargestellten, einen Werkstückträger enthaltenden
Tunnels im Arbeitsraum der Bearbeitungsmaschine, in einer Seitenansicht,
teilweise im Schnitt und in einem anderen Maßstab,
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13 die Bearbeitungsmaschine
nach 2, in einer einfachen,
schematischen, perspektivischen Darstellung, zur Veranschaulichung
des Werkstücktransportes
durch die Maschine, und
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14 die Transporteinrichtung
und die Führungseinrichtung
für die
Werkstückträger der
Bearbeitungsmaschine nach den 2, 13, in vereinfachter perspektivischer
Darstellung.
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Die
in den 1 bis 3, 13 und 14 dargestellte Be arbeitungsmaschine
ist eine Werkzeugmaschine in Gestalt eines sogenannten Bearbeitungszentrums, das
vorzugsweise zur Durchführung
von Bohr- und Fräsarbeiten
dient. Wie insbesondere der den prinzipiellen Aufbau des eigentlichen
Maschinenteils zeigenden 1 zu
entnehmen, weist die Bearbeitungsmaschine ein im Wesentlichen kastenförmiges, typischerweise
aus Mineralbeton bestehendes Maschinengestell 1 auf, das
auf zwei einander gegenüberliegenden
Seitenwänden
stirnseitig aufgesetzte, parallele Führungsleisten 2 trägt, auf
denen ein erster Schlitten 3 in der durch einen Doppelpfeil 4 angedeuteten
X-Richtung horizontal hin- und
herverfahrbar gelagert ist. An dem ersten Schlitten 3 sind
zwei voneinander beabstandete, parallel zueinander verlaufende Führungsleisten 5 angeordnet,
auf denen ein zweiter Schlitten 6 in der durch einen Doppelpfeil 7 angedeuteten
Y-Richtung horizontal verfahrbar gelagert ist. Der zweite Schlitten 6 trägt einen
Werkzeugträger
in Gestalt eines Spindelkopfs 8, in dessen Arbeitsspindel 9 ein
um eine Vertikalachse umlaufendes Werkzeug 10 eingesetzt
ist. Der Spindelkopf 8 ist in der durch einen Doppelpfeil 11 angedeuteten Z-Richtung
bezüglich
des zweiten Schlittens 6 verstellbar. In dem Spindelkopf 8 kann
die Arbeitsspindel 9 ihrerseits nach Art einer Pinole längsverstellbar
gelagert sein, was durch einen Doppelpfeil 12 angedeutet
ist. Die Stellantriebe zum Verfahren des ersten Schlitten 3 in
der X-Richtung, des zweiten Schlittens 6 in der Y-Richtung
und des Spindelkopfs 8 in der Z-Richtung sind an sich bekannt
und in ihren Einzelheiten nicht weiter dargestellt. Sie sind generell
bei 13, 14 (3)
und 15 angedeutet. Gleiches gilt für den Antrieb der das Werkzeug 10 aufnehmenden Spindel 9 des
Spindelkopfes 8, der bei 16 in 2 angedeutet ist.
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Von
den die Führungsschienen
2 tragenden Seitenwänden des
Maschinengestells
1 ist die vordere Seitenwand bei
17 ausgeschnitten.
In diesem Bereich sind in den Seitenwänden des Gestells
1 zwei miteinander
fluchtende Lagerstellen
18 ausgebildet, in denen ein Werkstückträger in Gestalt
einer Mehrfach-Werkstückspannvorrichtung
19 um
eine Horizontalachse drehbar gelagert ist. Die Werkstückspannvorrichtung
19 ist
in ihren Einzelheiten in der
DE 198 40 942 C1 beschrieben. Auf diese Druckschrift
wird hiermit Bezug genommen. Die Mehrfach-Spannvorrichtung
19 weist
einen im Querschnitt quadratischen, länglichen Grundkörper
20 auf,
der auf seinen vier, jeweils paarweise einander gegenüberliegenden,
ebenen Seiten- oder Aufspannflächen im
vorliegenden Falle jeweils fünf
Drehtische
21 trägt. Jeder
dieser Drehtische
21 ist um eine rechtwinklig zu der zugehörigen Aufspannfläche verlaufende Drehachse
drehbar in dem Grundkörper
20 gelagert, wobei
die Drehachsen jeder der vier Reihen von Drehtischen
21 jeweils
in einer gemeinsamen Ebene liegen, die durch die Längsmittelachse
des Grundkörpers
20 verläuft. In
dem gehäuseartigen
Grundkörper
20 sind
Getriebemittel angeordnet, durch die alle Drehtische
21 miteinander
und mit einer gemeinsamen Antriebsquelle
22 formschlüssig gekuppelt sind.
Die Anordnung ist derart getroffen, dass die Getriebemittel in Abhängigkeit
von einer Drehbewegung des Grundkörpers
20 um dessen
Längsmittelachse relativ
zu den ortsfesten Lagermitteln
18 so angetrieben werden,
dass alle Drehtische
21 um ihre jeweilige Drehachse um
einen Drehwinkel verdreht werden, der zumindest näherungsweise
in einem festen Verhältnis
zu dem Drehwinkel steht, um den der Grundkörper
20 um seine Längsmittelachse
gedreht worden ist. Wie
3 zeigt,
sind auf den einzelnen Drehtischen
21 die zu bearbeitenden
Werkstück
23 jeweils
mittels zugeordneter Spannvorrichtungen
24 gespannt, die
in den
1,
2 der Einfachheit halber nicht
weiter dargestellt sind.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
auf jeder Seiten- oder Aufspannfläche des Grundkörpers 20 jeweils
fünf Drehtische 21 in
Reihe nebeneinander angeordnet. Die darauf gespannten Werkstücke 23 werden
aufeinanderfolgend von in die Arbeitsspindel 9 eingesetzten
Werkzeugen 10 bearbeitet, wobei, wie ein Blick auf 3 zeigt, eine 5-Seiten-Bearbeitung
der Werkstücke 23 möglich ist. Durch
eine entsprechende Schaltbewegung um jeweils 90° um die horizontale Drehachse
des Grundkörpers 20 kann
die Spannvorrichtung 19 die Drehtische 21 und
die darauf gespannten Werkstücke 23 jeder
Drehtischreihe in die jeweils zweckmäßige Bearbeitungsstellung zu
dem jeweiligen Werkzeug 10 bringen. Eine in 3 bei 25 angedeutete
Werkzeugwechselvorrichtung erlaubt es die Arbeitsspindel 9 mit
dem für
den jeweiligen Bearbeitungsvorgang erforderlichen Werkzeug automatisch
zu bestücken.
Während
dieses Werkzeugswechsels nimmt der Spindelkopf 8 die in 3 gestrichelte dargestellte
hintere, obere Werkzeugwechselstellung ein.
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Während der
Bearbeitung der Werkstücke 23 sind
die Drehtische 21 in dem Grundkörper 20 jeweils drehfest
verriegelt, während
der Grundkörper 20 der
Werkszeugspannvorrichtung 19 in den Seitenwänden des
Gestells 1 durch die Antriebsvorrichtung 22 drehfest
gehalten ist.
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Insbesondere
den 2, 3 ist zu entnehmen, dass die anhand der 1 in ihrem grundsätzlichen
Aufbau erläuterte
Bearbeitungsmaschine von einem sie im Wesentlichen allseitig umschließenden, abgedichteten
Gehäuse 26 umgeben
ist, das an seiner Vorderseite, der Bedienseite, zwei den Zugang zu
ihrem Innenraum erlaubende Türen 27 aufweist, die
bei laufender Maschine normalerweise geschlossen sind. Das Gehäuse 26 wirkt,
wie an sich bekannt, als Schutzvorrichtung für die Bediener und verhindert gleichzeitig
den Austritt von bei der Bearbeitung der Werkstücke anfallenden Spänen sowie
von Kühl-
und Schmiermitteln. Außerdem
umschließt
das Gehäuse den
mit 28 in 3 bezeichneten
sogenannten Arbeitsraum der Maschine, der als der Raum definiert ist,
in dem eine Bewegung der Arbeitspindel 9 und des jeweiligen
Werkzeugs 10 längs
der Bewegungsachsen X, Y, Z stattfinden kann.
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Dieser
Arbeitsraum ist aus Sicherheitsgründen, wie erwähnt, normalerweise
nach außen
hin durch ein Gehäuse 26 abgeschlossen.
Es gibt aber auch Bearbeitungsmaschinen, bei denen auf einen solchen
hermetischen Abschluss verzichtet werden kann. Auch für Bearbeitungsmaschinen
dieser Art gilt die vorliegende Erfindung.
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Die
in den Werkstückaufnahmen 24 der Werkstückspannvorrichtung 19 gespannten
Werkstücke 23 werden
nach Abschluss der Bearbeitung automatisch gegen unbearbeitete Werkstücke ausgetauscht.
Zu diesem Zwecke ist eine Einrichtung zum automatischen Zuführen und
Abführen
von Werkstücken
zu der im Vorstehenden beschriebenen Bearbeitungsmaschine vorgesehen,
die im Nachfolgenden beschrieben wird:
Die Zufuhr der unbearbeitenden
Werkstücke
und die Abfuhr der bearbeiteten Werkstücke 24 geschieht jeweils
mit Hilfe von palettenartigen Werkstückträgern 29, die im Wesentlichen
in Gestalt rechteckiger Platten ausgebildet sind und deren Aufbau
im Einzelnen anhand der 10, 11 noch erläutert werden
wird. Jeder dieser Werkstückträger 29 ist zur
Aufnahme einer Gruppe von fünf
Werkstücken 23 – entsprechend der
Zahl der Drehtische 21 auf einer Seitenfläche des Grundkörpers 20 der
Werkstückspannvorrichtung 19 – eingerichtet.
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In
dem Bereich zwischen der Werkstückspannvorrichtung 19 und
deren Werkstückaufnahmen 24 und
den Türen 27 des
Gehäuses 26 der
Bearbeitungsmaschine ist eine den Arbeitsraum 28 durchquerende,
horizontale Führungseinrichtung 30 für die Werkstückträger 29 angeordnet,
die, wie insbesondere aus den 3, 12 und 14 zu ersehen, zwei im Abstand zueinander
angeordnete parallele, zylindrische Führungsstangen 31 aufweist,
welche über
ein Traggerüst 32 an
der Vorderseite des Maschinengestells 1 befestigt sind.
Auf den Führungsstangen 31 sind
die auf ihrer Unterseite mit entsprechenden Gleitlagerschalen 33 ausgebildeten
Werkstückträger 29 in
Y-Richtung verschieblich gelagert, wobei ihr Transport längs der
Führungsstangen 31 durch
eine Transporteinrichtung erfolgt, die im Einzelnen anhand der 13, 14 noch erläutert werden wird und die es
erlaubt, jeweils einen Werkstückträger 29 in
eine in 2 dargestellte
Ablagestation I zu verbringen und in dieser zeitweilig ortsfest
zu verriegeln. Der in der Ablagestation I stehende Werkstückträger 29 ist,
wie 2 zeigt, mittig
auf den zu ihm parallelen Grundkörper 20 der
Mehrfach-Werkstückspannvorrichtung 19 ausgerichtet.
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Um
zum Zwecke des Werkstückwechsels Werkstücke zwischen
dem in der Ablagestation I stehenden Werkstückträger 29 und den Werkstückaufnahmen 24 der
Mehrfach-Spannvorrichtung 19 hin und her transprotieren
zu können,
ist eine Werkstückwechselvorrichtung 34 vorgesehen,
die innerhalb des Gehäuses 26 der
Bearbeitungsmaschine angeordnet ist und zu deren Einzelheiten auf
die 3 bis 9 Bezug genommen wird. Die
Werkstückwechselvorrichtung 34 ist
auf der der Bedienseite der Maschine und den Türen 27 zugewandten
Vorderseite des Spindelkopfes 8 angebracht, so dass sie
praktisch „huckepack" auf dem Spindelkopf 8 sitzt.
Sie weist eine Greifmittel bildende Greifereinheit 35 auf,
die an zwei zueinander parallelen Führungsstangen 36 (vgl. 3, 8) befestigt ist, welche in Lagerteilen 37 auf der
Vorderseite des Spindelkopfes 8 längsverschieblich geführt sind.
Die beiden zu der Arbeitsspindel 9 achsparallelen Führungsstangen 36 sind
an ihrem oberen Ende durch einen Querbügel 38 miteinander verbunden,
welcher an einem kolbenstangenlosen Pneumatikzylinder 39 befestigt
ist. Der Pneumatikzylinder ist auf einer zu den Führungsstangen 36 parallelen
Gleitschiene 40 auf und ab verfahrbar gelagert, die endseitig
an einem ständer-
oder gehäuseartigen Halter 41 angeschraubt
ist, welcher seinerseits auf das Gehäuse des Spindelkopfs 8 aufgesetzt
ist. Bei 42 in 9 ist
eine Sicherheitsverriegelung für
den druckluftlosen Störfall
angedeutet.
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Die
am unteren Ende der Führungsstangen 36 angeordnete
Greifereinheit 35 ist in ihren Einzelheiten insbesondere
aus den 4 bis 7 zu entnehmen. Sie weist
einen an den Führungsstangen 36 befestigten
horizontal vorkragenden Bügel 43 auf,
an dem über
ein Winkelstück 44 ein
pneumatischer Betätigungszylinder 45 befestigt
ist, dem ein Anschlussblock 46 für Näherungsschalter 47 zugeordnet
ist, die es erlauben, die Kolbenstellung und damit die jeweilige
Stellung der Greifmittel abzutasten.
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Auf
der Unterseite des Bügels 43 ist
eine Lagerplatte 48 befestigt, an der mittels eines Schwenkbolzens 49 ein vertikaler
Lagerzapfen 50 um eine Horizontalachse schwenkbar gelagert
ist. Auf dem Lagerzapfen 50 ist eine um die Achse des Lagerzapfens 50 verdrehbare
Greiferkomponente 51 gelagert, welche durch einen, auf
der Greiferkomponente 51 sitzenden Stellmotor 52 und
einen Zahnriementrieb 53 um die Achse des Lagerzapfens 50 verschwenkbar
ist. Die Greiferkomponente 51 trägt schließlich Greiferbacken 54,
die pneumatisch gesteuert, zum Ergreifen eines Werkstücks 23 eingerichtet
sind. Der Betätigungszylinder 45 ist über einen
Hebelmechanismus 55 mit der Greiferkomponente 51 gekoppelt, derart,
dass er die Greiferkomponente 51 und die Greiferbacken 54 um
die Achse des Schwenkbolzens 49 verschwenken kann.
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Die
Greifereinheit 35 ist durch entsprechende Ansteuerung des
Hubzylinders zwischen der in 4 dargestellten
zurückgezogenen
Ruhestellung und der in 5 veranschaulichten
vorgeschobenen Arbeitsstellung verschieblich. In der Ruhestellung nach 4 ist die Greifereinheit 35 in
einem kastenartigen Schacht 56 aufgenommen, der an der
Vorderseite des Spindelkopfes 8 angeordnet und oben verschlossen
ist. An der Außenwand
des Schachtes 56 ist an der Unterseite eine Klappe 57 angelenkt,
die es erlaubt, den Schacht 56 bei in der Ruhestellung
befindlicher Greifereinheit 35 auch unten hermetisch abzuschließen. Auf
diese Weise ist die Greifereinheit 35 während der Bearbeitungsvorgänge der
Werkstücke
in dem Arbeitsraum 28 gegen die Einwirkung von Kühl- und
Schmiermitteln und/oder Spänen
vollständig
geschützt.
Der Pneumatikzylinder 39 begrenzt die bei der Vorschubbewegung
auf die Greifereinheit 35 ausgeübte Kraft und ergibt auf diese
Weise eine in Achsrichtung elastische Lagerung der Greifereinheit 35.
Zusammen mit den Näherungsschaltern 47 und ggfs.
vorhandenen weite ren Annäherungssensoren der
Greifereinheit 35 ergibt sich dadurch eine hohe Sicherheit
gegen Kollisionen. Selbst bei Totalausfall aller Sicherungsmaßnahmen
wird aber auf jeden Fall eine Beschädigung der Arbeitsspindel 9 vermieden.
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Die
Werkstückträger 29 haben,
wie bereits erwähnt,
eine im Wesentlichen plattenförmige
Gestalt, wie sie insbesondere aus 10 zu
entnehmen ist. Sie sind aus Kunststoff geformt oder als Strangpressteile
aus Aluminium hergestellt. An einander gegenüberliegenden Seitenflächen tragen
sie angeformte Eingriffsmittel in Form von zwei Verzahnungsreihen 58,
die zum formschlüssigen
Eingriff angetriebener Transportmittel bestimmt sind. Entsprechende Verzahnungsreihen 58a sind
bei der dargestellten Ausführungsform
auch auf der Unterseite des Werkstückträgers 29 angeformt,
wobei die Verzahnungsreihen 58a auch eine Querverzahnung
bilden und in Gestalt paralleler Rippen ausgebildet sein können. Die
Wahl der verzahnten Eingriffselemente 58, 58a lässt wechselweise
eine Führung
an der Außenkontur
und an der Innenkontur des jeweiligen Werkstückträgers 29 zu, wobei
in Bereichen mit Späneanfall
die Innenkontur mit der Verzahnung 58a häufig bevorzugt
wird.
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Im
Bereich der Unterseite weist jeder Werkstückträger 29 zwei im Querschnitt
teilkreisförmige zylindrische
Lagerbohrungen 59 auf, die durchgehend über die Länge des Werkstückträgers 29 ausgebildet
sind und dazu dienen den Werkstückträger 29 auf
den bereits erläuterten
Führungsstangen 31 der
Führungseinrichtung 30 zu
führen.
Stirnseitig sind auf den Werkstückträger 29 zwei
Deckel 60 aufgeschraubt, die bspw. aus Kunststoff bestehen
und die angeformten Lagerschalen 33 tragen, deren Durchmesser
etwas kleiner ist als der Durchmesser der Bohrungen 59,
so dass die Werk stückträger 29 auf
den Führungsstangen 31 mittels
der Lagerschalen 33 verschieblich gelagert sind. Die Deckel 60 decken
zum Einen die Profilöffnungen 61 der
als Hohlprofile ausgebildeten Werkstückträger 29 ab und bilden
zum Anderen mit ihren Lagerschalen 33 die Gleitlagerelemente
für eine
leichtgängige
Führung der
Werkstückträger 29.
An den Deckeln 60 können im Übrigen auch
Querverzahnungen 62 angeformt sein, wie dies in 11 dargestellt ist. Da die
Werkstückträger 29 keine
Rollen, Räder
oder andere bewegliche Führungsteile
tragen, können
sie im Arbeitsraum 28 der Maschine unmittelbar im Einflussbereich
von Kühl-
und Schmiermittel und anfallender Späne bewegt werden, ohne dass
eine Beeinträchtigung
der Beweglichkeit der Werkstückträger 29 zu befürchten wäre. Sie
können
auch leicht gereinigt werden, während
die Eingriffselemente 58, 58a, 62 einen
formschlüssigen
Transport und eine exakte Indexierung der Werkstückträger gewährleisten.
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Die
den Transport der Werkstückträger 29 längs der
Führungsstangen 31 der
Führungseinrichtung 30 in
dem Arbeitsraum 28 der Bearbeitungsmaschine bewirkende
Transporteinrichtung ist insbesondere aus den 13, 14 zu
ersehen. Sie weist als Transportmittel einen endlosen Zahnriemen 63 auf,
der parallel zu den Führungsstangen 31 auf
der der Mehrfach-Spannvorrichtung 19 zugewandten Seite
mit einem Trum an einer geraden Führungsschiene 64 längs geführt ist
und der durch einen Antriebsmotor 65, in der durch einen
Pfeil 66 in 14 angegebenen
Förderrichtung
bewegbar ist. Wie 2 zeigt,
ist der Zahnriemen 63 endseitig über Umlenkrollen 67 geführt, die
außerhalb
des Arbeitsraumes 28 und des Gehäuses 26 liegen.
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Innerhalb
des Gehäuses 26 und
damit des Arbeitsraumes 28 verlaufen die Führungsstangen 31 der
Führungseinrichtung 30 und
der Zahnriemen 63 mit der Führungsschiene 64 in
einem horizontalen Tunnel 68, der sich nahe der Innenseite
der beiden Türen 27 durch
das ganze Gehäuse 26 erstreckt.
Der Tunnel 68 ist aus zwei röhrenförmigen Teilen 68a gebildet
(2), die, wie aus 12 zu entnehmen, auf Führungsschienen 69 des
Traggerüsts 32 längsverschieblich
gelagert sind. Ein bei 70 in den 3, 12 angedeuteter
kolbenstangenloser Zylinder erlaubt es, die beiden rohrförmigen Tunnelteile 68a zum Werkstückwechsel
axial auseinander zu schieben, so dass sie mit ihren Enden, wie
aus 2 zu ersehen, aus
dem Gehäuse 26 vorstehen
und zwischen sich eine Entnahmeöffnung 71 für die auf
dem in der Ablagestation I stehenden Werkstückträger 29 angeordneten
Werkstücke 23 begrenzen.
Die Entnahmeöffnung 71 ist
lediglich während
des Werkstückwechsels
geöffnet.
Sie wird vor Beginn der Bearbeitungsvorgänge durch Zusammenfahren der
beiden rohrförmigen
Teile 68a geschlossen, so dass sich ein durchgehender,
geschlossener Tunnel 68 ergibt, in dem die Führungseinrichtung 30 und
der Zahnriemen 63 mit der Führungsschiene 64 gegen
die Einwirkung von Kühl-
und Schmiermitteln sowie von Spänen
geschützt
sind.
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Eine
elektronische Steuereinrichtung 100 steuert programmgemäß die Werkzeugwechselvorrichtung 34 und
zumindest die Stellantriebe 13, 14, 15 für den Spindelkopf.
Dies ist in 3 durch
gestrichelte Linien angedeutet.
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Der
Werkstückwechsel
bei der beschriebenen Werkzeugmaschine erfolgt grundsätzlich nach dem
in 13 veranschaulichten
Prinzip:
Auf den Führungsstangen 31 der
Führungseinrichtung 30 ist
ein leerer Werkstückträger 29 aufgenommen.
Der Zahnriemen 63 steht mit den ihm zugewandten Verzahnungsreihen 58 des
Werkzeugträgers 29 in
Eingriff. Er ist seitlich durch die Führungsschiene 64 abgestützt, so
dass ein einwandfreier formschlüssiger
Eingriff gewährleistet
ist. Die in den Spannvorrichtungen 24 wenigstens einer
Drehtischreihe der Mehrfach-Werkstückspannvorrichtung 19 gespannten
Werkstücke
sind fertig bearbeitet.
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Der
Antriebsmotor 65 wird so angesteuert, dass der Zahnriemen 63 den
leeren Werkstückträger 29a in
die der Arbeitsspindel 9 genau gegenüberstehende mittige Ablagestellung
I (2) überführt und dort
formschlüssig
arretiert. Die in ihren Aufnahmen 24 noch gespannten, fertig
bearbeiteten Werkstücke werden
mit einem an dem Spindelkopf 8 vorgesehenen Spüler gespült und gegebenenfalls
abgeblasen. Sodann werden die rohrförmigen Tunnelteile 68a auseinander
gefahren, so dass der Tunnel 68 mit seiner Entnahmeöffnung 71 auf
die Länge
des Werkstückträgers 29a geöffnet wird.
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Der
Spindelkopf 8 wird in eine für das Ergreifen der abzuführenden
bearbeiteten Werkstücke
geeignete Stellung über
der Werkstückspannvorrichtung 19 gefahren.
Sodann wird die Klappe 57 des Schachtes 56 geöffnet. Die
Greifereinheit 35 wird aus der in 4 dargestellten Ruhestellung in dem Schacht
in die Greifstellung nach 5 ausgefahren. Durch
eine entsprechende Ansteuerung des Arbeitszylinders 45 und
des Stellmotors 52 sowie der Greiferbacken 54 werden
die bearbeiteten Werkstücke 23 einzeln
erfasst, aus der zugeordneten geöffneten Aufnahme 24 ausgehoben
und sodann durch eine entsprechende Bewegung des Spindelkopfs 8 über den
in der Ablagestellung I stehenden leeren Werkstückträger 29a verbracht
und auf diesem abgelegt. Nachdem alle fertig bearbeitenden Werkstücke einer Reihe
(hier fünf
Werkstücke)
so auf dem Werkstückträger 29a abgelegt
sind, fährt
die Greifereinheit 35 wieder in den Schacht 56 zurück (4) dessen Klappe 57 verschlossen
wird. Die leeren Werkstückaufnahmen 24 werden
mittels des Spülers
an dem Spindelkopf 8 gespült und gegebenenfalls abgeblasen.
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Der
Werkstückträger 29a mit
den auf ihm abgelegten fertig bearbeiteten Werkstücken wird
mittels des Zahnriemens 63 aus dem Tunnel 68,
bezogen auf 13 nach
rechts, heraus befördert
und auf einen Aufnahmetisch 72 einer Querschubeinheit 73 aufgeschoben,
der in einer zurückgezogenen
Aufnahmestellung steht, in der er auf die Führungsstangen 31 ausgerichtet
ist. Die Querschubeinheit 73 befördert sodann den die Werkstücke tragenden
Werkstückträger 29 in
Richtung auf eine Waschvorrichtung 74 einer Waschstation
II.
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Zwischenzeitlich
hat ein Bediener in einer Einlegestation III unbearbeitete Werkstücke aus
einer Gitterbox 75 auf einen dieser Station zugeführten leeren
Werkstückträger 29 aufgelegt,
der auf einem Schubtisch 76 liegt, auf dem er in der Richtung
eines Pfeiles 77 mit seinen seitlichen Verzahnungsreihen 58 in
Eingriff mit dem Zahnriemen 63 gebracht werden kann.
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Gleichzeitig
mit der im Vorstehenden geschilderten, durch einen Pfeil 78 angedeuteten
Förderbewegung
des Werkstückträgers 29a aus
der Ablagestation I wird der auf dem Schubtisch 76 liegende,
mit Rohteilen bestückte
Werkstückträger 29,
der von einer Querschubeinheit 79 des Schubtischs 76 zwischenzeitlich
durch eine Querbewegung entsprechend dem Pfeil 77 in Eingriff
mit dem Zahnriemen 63 gebracht worden war, von dieser Einschubposition aus
auf die Führungsstangen 31 aufgezogen
und in die Ablagestation I transportiert.
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Daraufhin
wird der Schacht 56 an dem in eine richtige Aufnahmeposition
verfahrenen Spindelkopf 8 durch Betätigung der Klappe 57 geöffnet. Die Greifereinheit 35 fährt aus
in die Stellung nach 5, und
die Greiferbacken 54 ergreifen nacheinander die einzelnen
unbearbeiteten Werkstücke
auf dem Werkstückträger 29 und
setzen sie durch eine entsprechende kombinierte Bewegung des Spindelkopf
es 8 und der Greifereinheit 35 nacheinander in
die Werkstückaufnahmen 24 der
Werkstückspannvorrichtung 19 ein.
Nach Abschluss dieses Vorgangs werden die Spannvorrichtungen 24 der
neu bestückten
Seite der Spannvorrichtung 19 hydraulisch gespannt. Die
Greifereinheit 35 fährt
in den Schacht 56 zurück
(4), dessen Klappe 57 geschlossen
wird. Die rohrförmigen
Tunnelteile 68a fahren aufeinander zu und schließen den
Tunnel 68.
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Die
Mehrfach-Werkstückspannvorrichtung 19 wird
um ihre Längsachse
so verdreht, dass ihre nächstfolgende
Aufspannfläche
mit den darauf angeordneten, fertig bearbeiteten Werkstücken für die Entnahme
bereit steht. Daraufhin wiederholt sich der geschilderte Verfahrensablauf,
bis alle bearbeiteten Werkstücke
durch unbearbeitete Werkstücke
ersetzt sind. Zu bemerken ist in diesem Zusammenhang, dass die Zahl
der Werkstücke
pro Aufspannfläche der
Mehrfach-Werkstückspannvorrichtung 19 auch verschieden
sein kann, wenn dies mit Rücksicht
auf die Arbeitsfolge oder die Größe der Werkstücksserie erforderlich
ist.
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Die
Durchführung
des geschilderten Werkstückwechsels
kann mit einer automatischen Zu- und Abfuhr der Werkstücke erfolgen.
Dazu kann der Bearbeitungsmaschine nach den 1 bis 3 und 13 ein Transportsystem für die Werkstückträger 29 zugeordnet
sein.
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Die
Erfindung hat, wie bereits erwähnt,
den Vorteil, dass bei der Bearbeitungsmaschine der Werkstückwechsel
auch manuell vorgenommen werden kann, ohne dass dazu besondere Vorkehrungen getroffen
oder Umbauten vorgenommen werden müssten. Dies ergibt sich augenfällig aus 13:
Der Bediener kann
unmittelbar auf den in der Ablagestellung I stehenden Werkstückträger 29 ebenso
wie auf die unmittelbar dahinter befindlichen Werkstücke 23 und
Werkstückaufnahmen 24 der
Werkzeugspannvorrichtung 19 zugreifen, ohne dabei durch
dazwischenliegende An- oder Vorbauten oder die Werkstückwechselvorrichtung
daran gehindert zu sein. Die Greifereinheit 35 ist in dem
Schacht 56 zurückgezogen
und steht deshalb nicht störend
im Wege. Falls erwünscht,
kann die Anordnung auch derart getroffen werden, dass die Werkstückwechselvorrichtung
den Transport der Werkstücke
inzwischen in Werkstückaufnahmen 24 und
dem in der Ablagestellung I stehenden Werkstückträger 29 – bei geschlossenen
Türen 27 – übernimmt
und der Bediener nach Öffnen der
Türen 27 den
Werkstückträger ent-
und belädt.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist die Führungseinrichtung 30,
wie erläutert,
in dem Bereich zwischen der Werkstückspannvorrichtung 19 und
den Türen 27 angeordnet. 25 zeigt, dass der Bediener deshalb bei der
Handbestückung
der Werkzeugmaschine lediglich über
die Führungseinrichtung 30 und
darauf angeordnete Werkstückträger 29 hinweg
greifen muss, um Werkstücke
aus der Spannvorrichtung 19 zu entnehmen oder in diese
einzusetzen. Dies ist problemlos, weil alle die erwähnten Teile im
Griffbereich des Bedieners liegen. Grundsätzlich sind aber auch Ausführungsformen
möglich,
bei denen es, bspw. mit Rücksichtnahme
auf die spezielle Konstruktion der Maschine oder die Größe der Werkstücke, zweckmäßig sein
kann, die Führungseinrichtung
hinter der Arbeitsspindel 9, d.h. auf deren den Türen 27 abgewandter
Seite verlaufen zu lassen. Damit ändert sich nichts an dem grundsätzlichen,
im Vorstehenden beschriebenen Werkstückwechselvorgang. Lediglich
die Ansteuerung der Greifereinheit 35 und ggfs. deren konstruktive
Gestaltung müssen entsprechend
angepasst werden.
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Die
Erfindung ist auch nicht auf die Verwendung der Mehrfach-Spannvorrichtung 19 für die Werkstücke 23 beschränkt. Anstelle
dieser Mehrfach-Spannvorrichtung können auch andere Einfach- oder
Mehrfach-Spannvorrichtungen treten, wie es auch denkbar ist, einfach
einen Spanntisch vorzusehen, auf dem ein oder mehrere Werkstücke gespannt werden.
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Der
Vorteil, dass die Möglichkeit
des manuellen Werkstückwechsels
erhalten bleibt, fällt
bei Einzelmaschinen insbesondere bei Kleinstserien oder dem Austausch
fehlerhaft gewordener einzelner Werkstücke ins Gewicht.
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Auch
ist die Erfindung nicht auf Bearbeitungsmaschinen beschränkt, bei
denen die Werkstücke
auf Werkstückträgern zu-
und abgeführt
werden.