DE3541600A1 - Einrichtung zum automatischen werkstueckwechsel in nc-werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum automati­ schen Werkstückwechsel in numerisch gesteuerten Werkzeug­ maschinen und kann zur Bedienung mehrerer Maschinen ver­ wendet werden.

Es ist eine Einrichtung zum automatischen Werkstückwechsel bekannt (SU-Erfinderschein 9 04 985), die neben dem Arbeits­ tisch der Werkzeugmaschine angeordnet ist und einen Grund­ körper sowie einen Tisch mit darauf montierten Paletten für wenigstens ein Rohstück oder ein bereits bearbeitetes Werkstück enthält. Über einen Ausschnitt erfolgt das An­ koppeln an den Arbeitstisch der Werkzeugmaschine. Auf dem Arbeitstisch ist eine Palette mit wenigstens einem Werkstück festgelegt. Einer im Grundkörper eingebauten Drehachse der Paletten sind ein Umkehrgetriebe und Mit­ nehmer zum Wechsel der Paletten sowie Rundführungen zuge­ ordnet, deren Abschnitte im Zeitpunkt der Arbeitstisch­ einstellung in die Lage zum Palettenwechsel zusammengeführt werden, wobei ein Abschnitt auf dem Aufgabetisch liegt und die anderen Abschnitte in der Zone des Arbeitstisches angeordnet sind. An der der Werkzeugmaschine zugewandten Seite des Aufgabetisches befindet sich ein Ausschnitt, in den der Arbeitstisch der Werkzeugmaschine eingeschoben wird, bei dem auf der Oberfläche des oberen Längsschlittens ähnliche Rundführungen vorgesehen sind. Über dem Aufgabe­ tisch ist an der Drehachse ein Balken angebracht. In den an dem Balken befestigten Stützen sind zwei Walzen mit darauf frei sitzenden Hülsen eingebaut, die mit gabelförmigen Mitnehmern verbunden sind, welche die Paletten von zwei Seiten umfassen. An der Balkendrehachse sitzt ein Ritzel, das mit der Stange eines im doppeltwirkenden Hydraulik­ zylinder liegenden Tauchkolbens im Eingriff ist.

Zwischen dem gabelförmigen Mitnehmer und den Paletten dieser Einrichtung entsteht ein Spiel, weil bei der Dreh­ bewegung der Paletten in einer Richtung nur eine Seite des gabelförmigen Mitnehmers wirksam (treibend) ist und die zweite Seite leer bewegt wird. In der umgekehrten Drehrichtung arbeitet die zweite Seite des gabelförmigen Mitnehmers. Die Größe dieses Spiels ist dem Gewicht der Palette und des Werkstücks direkt proportional. Dieses Spiel führt zum ungenauen Positionieren der Palette in der vorgegebenen Lage in bezug auf den Arbeitstisch, weil der Satellit bzw. die Palette im Inneren des gabelförmigen Mitnehmers selbst um einen Abstand verschoben werden kann.

Bei erfolgter Drehung der Paletten und am Ende eines Wechselvorgangs wird der gabelförmige Mitnehmer gestoppt, wobei die Paletten mit den aufgespannten Werkstücken, ihre Bewegung trägheitsbedingt fortsetzen und von einer Seite des gabelförmigen Mitnehmers zur anderen geschoben werden.

Das Spiel ist durch die Form des gabelförmigen Mitnehmers selbst bedingt, der keine feste Verbindung zwischen dem Mitnehmer und der Palette gewährleistet. Während des Arbeits­ zyklus der Werkzeugmaschine bei Bearbeitung eines Werkstücks arbeitet die bekannte Einrichtung im Leerlauf, d. h. mit dem Arbeitstisch werden auch die Mitnehmer bewegt. In der Längsrichtung bewegt sich der Arbeitstisch mit der Palette längs der gabelförmigen Mitnehmer und in der Quer­ richtung werden die mit den gabelförmigen Mitnehmern ver­ bundenen Hülsen auf den Walzen verschoben.

Die Einrichtung, die nur beim Werkstückwechsel betrieben werden soll, arbeitet also ununterbrochen.

Beispiel

Werkstückwechseldauer10 Sekunden Bearbeitungszeit
eines Durchschnitts-Werkstücks30 Minuten Pausenlose Betriebsdauer
der Werkzeugmaschine8 Stunden

Während dieser Betriebszeit (8 Stunden) werden 16 Werk­ stücke bearbeitet.

Die Zeit für den Wechsel von 16 Werkstücken beträgt:

10 Sekunden × 16 Werkstücke = 160 Sekunden (ungefähr 2,7 Minuten).

Also muß die Einrichtung unter diesen Bedingungen 2,7 Minuten funktionieren, arbeitet aber ganze 8 Stunden.

Die Reibung zwischen den Mitnehmern und der Palette, den Hülsen und Walzen, die durch Späne und Kühlflüssigkeit verstärkt wird, führt zum fortschreitenden Verschleiß dieser Elemente und zur Bildung von Spielräumen an Kontakt­ stellen der Mitnehmer und Paletten, der Hülsen und Walzen. Die Folge davon ist die Bildung von Luftspalten zwischen den Elementen der Einrichtung, das ungenaue Stoppen der Palette auf dem Arbeitstisch und dem Aufgabetisch, die Herabsetzung der Zuverlässigkeit und die Verkürzung der Lebensdauer der Einrichtung. Daher kann die bekannte Ein­ richtung die feste Fixierung der Palette auf dem Aufgabe­ tisch nicht gewährleisten, wenn auf die Palette die Kräfte der Ein- und Ausspannung des Werkstücks einwirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum automatischen Werkstückwechsel zu schaffen, die eine genaue Einstellung der Palette auf dem Arbeitstisch der Werkzeugmaschine und auf dem Aufgabetisch der Einrichtung bei kürzerer Werkstück-Wechselzeit gewährleistet, ein unerwünschtes Spiel zwischen einzelnen Bauteilen und uner­ wünschte Reibung vermeidet und insgesamt mit höherer Zuver­ lässigkeit und längerer Lebensdauer arbeitet.

Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß bei der Einrichtung zum automatischen Werkstückwechsel in numerisch gesteuerten Mehroperationen-Werkzeugmaschinen, die einen Grundkörper und einen Aufgabetisch mit einem darauf aufgesetzten Sa­ telliten zur Anordnung wenigstens eines Rohstücks oder eines bearbeiteten Werkstücks und mit einem Ausschnitt zum Ankoppeln an den Arbeitstisch der Werkzeugmaschine enthält sowie einen auf dem Arbeitstisch montierten Sa­ telliten bzw. eine Palette mit wenigstens einem darauf angeordneten Werkstück aufweist, eine im Grundkörper einge­ baute und mit einem Umkehrgetriebe verbundene Drehachse der Satelliten bzw. Paletten und mit der Satellitendrehachse gekuppelte Mitnehmer zur Drehung der Satelliten bzw. Paletten besitzt sowie Rundführungen hat, bei denen ein Abschnitt auf dem Aufgabetisch liegt und die anderen Abschnitte in der Zone des Arbeitstisches der Werkzeugmaschine ange­ ordnet sind, zweckmäßig ein Kraftzylinder vorgesehen ist, der auf einen unbeweglichen Kolben konzentrisch zur Dreh­ achse der Satelliten bzw. Paletten aufgesetzt ist und mit dieser Achse mittels eines Flansches und mit Hilfe von Leitachsen verbunden ist sowie eine konzentrisch zum Kraftzylinder angeordnete und mit diesem zusammenwirkende Feder enthalten ist, wobei der dem Mitnehmer zugewandte Abschnitt jeder Palette zwei symmetrisch zu ihrer Längsachse liegende Kanäle aufweist und die Mitnehmer abgefedert und S-förmig ausgebildet sind, der Oberschenkel jedes Mitnehmers auf der Leitachse liegt, während in ihrem Unter­ schenkel gleichachsig zu den Kanälen Festhalter eingebaut sind, deren Querschnitt mit dem Querschnitt des Kanals kommensurabel ist, und die über dem Unterschenkel des Mitnehmers liegenden Teile der Festhalter in der Zone des Arbeitstisches einen Spielraum in bezug auf die Ebene haben, welche die Kanäle begrenzt, während in der Zone des Aufgabetisches im Grundkörper feste Anschläge mit Öffnungen für die Festhalter vorgesehen sind, deren unter dem Unterschenkel des Mitnehmers liegende Teile eine Höhe gleich oder kleiner als die Höhe des festen Anschlages haben, wobei die über dem Unterschenkel angeordneten Teile der Festhalter unmittelbar in den Kanälen des Satelliten liegen.

Die Ausstattung der Werkzeugmaschine mit der vorgeschlagenen Einrichtung ermöglicht die Mehrmaschinenbedienung und führt dadurch zur Senkung der Wechselzeiten der Werkstücke und zur gesteigerten Maschinenauslastung. Unproduktive Totzeiten für das Ausspannen des bearbeiteten Werkstücks und das Einspannen des folgenden Rohstücks werden vermieden. Die Werkstückwechsel erfolgen in einer Bewegung, und zwar durch Drehung der Paletten um 180° um die zwischen ihnen eingebaute Achse, was innerhalb einer Zeit von 10 Sekunden geschieht. Ferner besteht eine feste Verbindung zwischen der Palette bzw. dem Satelliten und den Mitnehmern, welche die Bildung von Spielräumen ausschließt und dadurch das genaue Positionieren des Satelliten auf dem Arbeitstisch sowie eine sichere Funktion der Einrichtung gewährleistet.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung zum automatischen Werkstück­ wechsel im Axialschnitt (außer dem Teil I);

Fig. 2 den Teil I der Einrichtung nach Fig. 1 im vergrößerten Axialschnitt;

Fig. 3 die Einrichtung zum automatischen Werkstück­ wechsel in Draufsicht;

Fig. 4 Teile der Rundführungen auf dem Querschlitten des Arbeitstisches;

Fig. 5 die Einrichtung zum automatischen Werkstück­ wechsel in einer willkürlichen Lage des Arbeitstisches mit dem Satelliten in Drauf­ sicht;

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 2.

Die zum automatischen Werkstückwechsel in numerisch ge­ steuerten Mehroperationen-Werkzeugmaschinen bestimmte Einrichtung ist neben dem Arbeitstisch 1 (Fig. 1) der Werkzeugmaschine 2 angebaut und enthält einen Aufgabetisch 3 im Niveau der Aufspannplatte 4 des Arbeitstisches 1, auf dem ein im folgenden auch als Palette bezeichneter Satellit 5 zur Anordnung wenigstens eines in der Zeichnung nicht gezeigten Rohstücks oder eines bearbeiteten Werkstücks angeordnet ist. Auf der Aufspannplatte 4 des Arbeitstisches 1 befindet sich auch ein Satellit 6 mit wenigstens einem darauf angeordneten Werkstück (nicht gezeigt), das zur Bearbeitung vorbereitet ist. Zwischen den Satelliten 5 und 6 ist im Grundkörper 7 eine Satellitendrehachse 8 eingebaut. Zur Drehung der Satelliten bestimmte Mitnehmer 9 und 10 sind mit der Satellitendrehachse 8 und mit Haltern 11 verbunden. Die Einrichtung enthält ferner Rundführungen 12 und 12′. Die Bedienung der Werkzeugmaschine und der Einrichtung zum automatischen Werkstückwechsel erfolgt mit Hilfe einer numerischen Steuerung 13.

Gemäß Fig. 2 weist jeder Satellit 5 und 6 zwei vertikale Bohrungen 14 symmetrisch zu seiner Längsachse an der der Satellitendrehachse 8 zugewandten Stirnseite auf.

Die Mitnehmer 9, 10 sind Z-förmig ausgebildet und mittels je einer Feder 15 abgefedert. Der horizontal abgewinkelte Oberschenkel 16 jedes Mitnehmers 9, 10 sitzt auf einem Führungsbolzen 17 und sein Unterschenkel 18 greift in einen an der Stirnseite des Satelliten 5, 6 liegenden Hohlraum 19 ein und trägt die zapfenförmigen Halter 11 unter und gleichachsig zu den Bohrungen 14.

Auf dem Grundkörper 7 sind im Bereich des Aufgabetisches 3 unter dem Unterschenkel 18 des Mitnehmers 10 feste An­ schläge 20 mit Öffnungen 21 für die Halter 11 vorgesehen. Die Teile der Halter 11, die im Bereich des Arbeitstisches über die Fläche des Schenkels 18 vorstehen, haben ein Spiel 22 gegenüber der Endebene 23 der Bohrung 14.

Im Bereich des Aufgabetisches 3 greift der über dem Schenkel 18 des Mitnehmers 10 liegende Teil der Halter 11 in die Bohrungen 14 des Satelliten 5 ein. Die Höhe eines Teils der Halter 11, der unter dem Mitnehmer 10 vorsteht, ist gleich oder kleiner als die Höhe des festen Anschlags 20.

Die Drehachse 8 ist über ein Zahnrad 24 mit einer Stange 25 eines Umkehrgetriebes verbunden.

An der vertikalen Drehachse bzw. Welle 8 sitzen ein Flansch 26 mit den fest eingebauten Führungsbolzen 17 und ein Kolben 27. Auf den Kolben 27 ist ein Kraftzylinder 28 aufgesetzt, der mit einer konzentrischen Feder 29 zusammen­ wirkt. Der Kolben 27 und der Kraftzylinder 28 sind konzen­ trisch zur Drehachse 8 der Satelliten 5 und 6 angeordnet. Im Kolben 27 sind Kanäle 30 vorgesehen, durch die eine Druckflüssigkeit in den Arbeitsraum 31 des Zylinders 28 eingelassen wird. Die Drehachse 8 stützt sich auf Lagern 31 und 32. Zur Verhinderung von Leckverlusten sind ver­ schiedene Dichtungsringe 33 vorgesehen.

Gemäß Fig. 3 werden Abschnitte 34 bis 37 der Rundführungen 12 und 12′ zusammengeführt, sobald der Arbeitstisch 1 in die Lage zum Wechsel der Satelliten 5 und 6 eingestellt wird, wobei der Abschnitt 34 auf dem Aufgabetisch liegt und die Abschnitte 35, 36, 37 sich im Bereich des Arbeits­ tisches befinden. Die Abschnitte 35 und 36 liegen auf den Sektoren 38 bzw. 39 des Aufgabetisches 3 (Fig. 2), während der Abschnitt 37 (Fig. 3) auf der Aufspannplatte 4 (Fig. 2) angeordnet ist. Die Abschnitte 35 (Fig. 4) und 36 sind mit Hilfe von Konsolen 40 und 41 an einem Schlitten 42 des Arbeitstisches 1 befestigt.

Zum Satellitenwechsel wird der Arbeitstisch 1 mit dem Satelliten 6 in den Ausschnitt 43 (Fig. 5) des Aufgabe­ tisches 3 zwischen zwei Sektoren 38 und 39 geschoben.

Fig. 6 zeigt das Umkehrgetriebe 44 zur Drehung der Achse 8. Diese Drehung erfolgt mit Hilfe der Zahnstange 25, deren Schubweg zur Drehung der Achse 8 um 180° durch An­ schläge 45 und 46 begrenzt wird.

Das in der Werkzeugmaschine bearbeitete Werkstück wird auf einen Befehl der NC-Steuerung automatisch durch ein Rohstück ersetzt, das anschließend entsprechend dem Arbeits­ zyklus der Werkzeugmaschine bearbeitet wird.

Die Einrichtung zum automatischen Werkstückwechsel funk­ tioniert wie folgt:

Auf einen Befehl der NC-Steuerung wird der Arbeitstisch 1 (Fig. 1) der Werkzeugmaschine mit der Aufspannplatte 4 und dem Satelliten 6 in den Ausschnitt 43 (Fig. 5) zwischen den Sektoren 38 und 39 geschoben, bis die flachen Rundfüh­ rungen 34 (Fig. 3), 35, 36 und 37 zusammengeführt sind, wobei zwei konzentrische geschlossene Kreise von Rund­ führungen für eine Verschiebung der Satelliten gebildet werden. Danach befindet sich der Satellit 6 in einer Lage für den Wechsel der Satelliten mit den aufgespannten Werk­ stücken. Der Satellit 6 (Fig. 2) mit dem fertig bearbeiteten Werkstück wird so an den Mitnehmer 9 geschoben, daß dessen Halter 11 gleichachsig zu den Bohrungen 14 ausgerichtet sind. Durch Zuführen von Druckflüssigkeit über die Kanäle 30 zum Arbeitsraum 31 wird der Zylinder 28 gegen die Kraft der Feder 29 zusammen mit den Mitnehmern 9 und 10 nach oben geschoben und dabei die Federn 15 gespannt. Im Bereich des Arbeitstisches 1 greifen dabei die oberen Teile der Halter 11 in die Bohrungen 14 des Satelliten 6 ein. Auf dem Aufgabetisch 3 treten die unteren Teile der Halter 11 aus den Öffnungen 21 des Anschlags 20 heraus und heben dadurch die feste Verbindung zwischen dem Satelliten 5 und dem Aufgabetisch 3 auf. Dann wird vom Umkehrgetriebe 44 die Zahnstange 25 verschoben, die über das Zahnrad 24 die Achse 8 sowie über den Flansch 26 und die Führungs­ bolzen 17 die Mitnehmer 9 und 10 mitsamt den Satelliten 6 und 5 um 180° dreht.

Wenn die Satelliten 5 und 6 ihre Plätze wechseln, d. h. der Satellit 5 auf die Aufspannplatte 4 des Arbeitstisches 1 der Werkzeugmaschine gelangt und der Satellit 6 auf den Aufgabetisch in die Lage zum Austausch des Werkstücks gegen das nächstfolgende Rohstück kommt, wird die Flüssig­ keit aus dem Arbeitsraum 31 abgelassen, und die Federn 15 und 29 bringen den Zylinder 28 und die Mitnehmer 9, 10 in die Ausgangsstellung zurück. Dabei tritt jeder Halter 11 des in der Zone des Arbeitstisches 1 liegenden Mit­ nehmers aus seiner Bohrung 14 bis zum Spiel 22 heraus und gibt diesen Satelliten für die Erfüllung seiner Funktion entsprechend dem Arbeitszyklus der Maschine, also für die Bewegung in den Bearbeitungs-Koordinaten frei.

In der Zone des Aufgabetisches 3 bewegt sich der Mitnehmer bis zum festen Anschlag 20. Die Halter 11 treten jedoch nicht ganz aus den Bohrungen 14 des Satelliten heraus und halten so den Satelliten in seiner fixierten Stellung in bezug auf den Mitnehmer. Gleichzeitig greifen die unte­ ren Teile der Halter 11 in die Öffnungen 21 des festen Anschlags 20 ein und fixieren den Satelliten in bezug auf den Aufgabetisch 3.

Die Drehung der Satelliten 5 und 6 erfolgt gleichzeitig mit Hilfe der Halter 11, die in den Körper der Satelliten 5 und 6 eingreifen und feste Verbindungen der Mitnehmer 9, 10 mit den Satelliten 6, 5 herstellen, wobei die genaue Einstellung der Satelliten in bezug auf den Arbeitstisch und den Aufgabetisch gewährleistet wird. Der Vorgang des Wechsels der Satelliten mit Werkstücken erfolgt dabei in einer Bewegung, und zwar durch Drehung der zwei Satelliten um 180° um die zwischen ihnen eingesetzte Achse 8. Dadurch wird die Werkstückwechselzeit verkürzt. Die feste Verbindung der Mitnehmer 9 und 10 mit den Satelliten 5 und 6 schließt die Bildung von Spielräumen in den Gliedern der kinematischen Kette der Einrichtung aus.

Die vorgeschlagene Einrichtung zum automatischen Werkstück­ wechsel hat keine mechanische Verbindung mit dem beweg­ lichen Hauptorgan der Werkzeugmaschine - ihrem Arbeits­ tisch - und ist während des Arbeitszyklus der Maschine bei Bearbeitung eines Werkstücks abgeschaltet.

Wenn die Werkstückwechselzeit 10 Sekunden und die Bearbei­ tungszeit eines Werkstücks 30 Minuten betragen, so beträgt die für den Wechsel von 16 Werkstücken während der Betriebs­ zeit der Maschine von 8 Stunden benötigte Zeit ungefähr 2,7 Minuten (10 Sekunden × Werkstücke = 160 Sekunden, also etwa 2,7 Minuten). Somit arbeitet die Einrichtung im Laufe von 8 Stunden nur 2,7 Minuten lang, was eine längere Lebensdauer und eine höhere Zuverlässigkeit ergibt. Das Vorhandensein von abgefederten und mit Haltern verse­ henen Mitnehmern in der Einrichtung gewährleistet eine sichere Fixierung des Satelliten auf dem Aufgabetisch unabhängig davon, ob die Maschine ein- oder ausgeschaltet ist. Die formschlüssige Verbindung zwischen dem Mitnehmer und dem Satelliten sichert das genaue Stoppen der Einrich­ tung in der vorgegebenen Stellung und vermeidet unnötige Richtarbeiten bei gesteigerter Bearbeitungsgenauigkeit auch nach langen Betriebszeiten.

Claims (4)

1. Einrichtung zum automatischen Werkstückwechsel in NC- Werkzeugmaschinen, bestehend aus einem Grundkörper (7) und einem Aufgabetisch (3) mit einer Werkstück- Palette (5), der mit dem eine Werkstück-Palette (6) tragenden Arbeitstisch (1) der Werkzeugmaschine (2) kuppelbar ist,
aus einer im Grundkörper (7) montierten und mit einem Umkehrgetriebe (44) verbundenen Drehachse (8) für die Paletten (5, 6), die mit Mitnehmern (9, 10) zur Drehung der Satelliten (5, 6) verbunden ist und
aus Rundführungen (12, 12′), bei denen ein Abschnitt (34) auf dem Aufgabetisch und andere Abschnitte (35, 36, 37) im Bereich des Arbeitstisches (1) der Werkzeug­ maschine angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein federbelasteter Kraftzylinder (28) auf einen ortsfesten Kolben (27) konzentrisch an der Drehachse (8) montiert ist,
daß die Z-förmig ausgebildeten und vom Kraftzylinder (28) an achsparallelen Führungsbolzen (17) verschiebbar geführten Mitnehmer (9, 10) Halter (11) aufweisen, die in Bohrungen (14) am inneren Rand der Paletten (5, 6) eingreifen, wobei die den Unterschenkel des Mitnehmers (9) über­ ragenden Teile der Halter (11) im Bereich des Arbeits­ tisches (1) ein Spiel (22) zur Endebene der Bohrungen (14) begrenzen, während im Bereich des Aufgabetisches (3) im Grundkörper (7) feste Anschläge (20) mit Öffnungen (21) für die Halter (11) vorgesehen sind, deren unter dem Unterschenkel (18) des Mitnehmers (10) liegende Teile eine Höhe haben, die gleich oder kleiner als die Höhe des festen Anschlags (20) ist, wobei die über dem Unterschenkel (18) angeordneten Teile der Halter (11) in die Bohrungen (14) der Palette (5) eingreifen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende der Drehachse (8) ein formsteifer Tragflansch (26) befestigt ist, an dem die achsparallelen Führungszapfen (17) für die Mitnehmer (9, 10) montiert sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (29) zwischen einer oberen Schulter­ fläche des unter Flüssigkeitsdruck verschiebbaren Kraft­ zylinders (28) und dem Tragflansch (26) eingespannt ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter (11) in Form von Bolzen in den abge­ winkelten unteren Schenkeln (18) der Z-förmigen Mit­ nehmer (9, 10) befestigt sind, die in je zwei Bohrungen (14) am inneren Rand der Palette (5, 6) eingreifen.