DE4004020C2 - Werkzeug zum schlagenden Bearbeiten und Montieren von Fügeteilen als Werkstücke - Google Patents
Werkzeug zum schlagenden Bearbeiten und Montieren von Fügeteilen als WerkstückeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zum schlagen
den Bearbeiten und Montieren von Fügeteilen als Werkstücke gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine schlagende Bearbeitung von Werkstücken erfolgt bei
spielsweise beim Einpressen von Stiften in entsprechende
Bohrungen, beim Nieten, Durchsetzfügen, Clinchen, Nageln,
Tackern, Meißeln oder Entgraten. Die bekannten "handge
führten" Werkzeuge zum schlagenden Bearbeiten bzw. Montie
ren von Werkstücken sind lediglich für eine einzige Aufga
be, also beispielsweise zum Einpressen geeignet. Es ist
zwar prinzipiell möglich, derartige Werkzeuge zum schla
genden Bearbeiten bzw. Montieren von Werkstücken an frei
programmierbaren Positioniereinheiten, wie beispielsweise
Industrierobotern anzubringen, die bekannten Werkzeuge
sind jedoch nicht speziell auf den Einsatz mit freipro
grammierbaren Positioniereinheiten ausgelegt, so daß bei
spielsweise ihre Einbindung in eine computergestützte
Fertigungslinie kaum möglich ist.
So geht beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster
72 22 865 ein handgeführtes Preßluftgerät hervor, daß
insbesondere als Kleinst-Nietwerkzeug zum Einschlagen bzw.
Eindrücken von stiftartigen Verbindungselementen dienen
soll.
Bei diesem bekannten Preßlufthandgerät handelt es sich um
ein typisches herkömmliches "Ein-Weg-Gerät" für einen be
stimmten Bearbeitungsvorgang. Die Ausführung unter
schiedlicher Bearbeitungsvorgänge, die beispielsweise
zusätzlich zum Einpressen auch Durchsetzfügen und/oder
Nageln mit ein- und demselben Grundgerät ist bei dem aus
dem deutschen Gebrauchsmuster 72 22 865 bekannten Preß
lufthandgerät nicht vorgesehen. Zwar kann ein derartiges
handgeführtes Preßluftgerät an einer mehrachsigen Posi
tioniereinheit, wie beispielsweise einem Industrieroboter,
angebracht und von diesem gehandhabt werden, doch bietet
diese bekannte Vorrichtung keine Möglichkeit einen Wechsel
des Werkzeugkopfes vorzunehmen, ohne daß für jeden Be
arbeitungsvorgang eine vergleichsweise teure pneumatische
Kolben/Zylinder-Einheit bereitgestellt werden muß.
Ferner geht aus der Druckschrift EP 0 285 557 A1 ein spe
ziell ausgebildeter Werkzeug-Wechselflansch für In
dustrieroboter hervor, der das selbsttätige Anbringen
eines Werkzeuges am Ende eines Roboterarms ermöglicht. Bei
dieser bekannten Vorrichtung wird jedoch das Werkzeug als
ganzes aus- bzw. eingewechselt und ist nicht modulartig
aufgebaut, so daß ein automatisch ablaufender, universell
einsetzbarer Roboter unterstützter Werkzeuggebrauch nicht
möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zum
schlagenden Bearbeiten bzw. Montieren von Werkstücken, das
an einer freiprogrammierbaren Positioniereinheit, wie
beispielsweise einem Industrieroboter anbringbar ist,
derart weiterzubilden, daß das Werkzeug auf die spezifi
schen Belange der computergestützten Fertigung ausgelegt
und insbesondere leicht an die jeweilige Handhabungsauf
gabe anpaßbar ist.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent
anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß ein
universell für die verschiedensten schlagenden Bearbei
tungs- bzw. Montagevorgänge verwendbares Werkzeug dadurch
geschaffen werden kann, daß das Werkzeug in einen Grund
teil und einen bearbeitungsspezifischen Vorsatzteil aufge
teilt wird. In dem Grundteil ist als Schlageinheit eine
pneumatische Kolben/Zylinder-Einheit angeordnet, deren
Schlagzahl und Schlagleistung durch Steuerung des Be
triebsdruckes durch die Steuereinheit einstellbar ist.
Insbesondere kann dabei der Betriebsdruck der pneumati
schen Kolben/Zylinder-Einheit gemessen und entsprechend
der jeweiligen Applikation gesteuert bzw. geregelt werden.
An den Grundteil sind bearbeitungsspezifische Vorsatzteile
ansetzbar, die jeweils einen mit der Schlageinheit ver
bindbaren Stößel aufweisen, der wiederum mit einer Füge
teil-spezifischen Aufnahmeeinheit in Wirkverbindung steht.
Durch die freie Programmierbarkeit der Schlagleistung und
der Schlagfrequenz über den Arbeitsdruck in der pneumati
schen Kolben/Zylinder-Einheit können die für den jeweili
gen Fügefall optimalen Prozeßparameter eingestellt werden.
Desweiteren weist das Werkzeug Dämpfungselemente, bei
spielsweise Gummi-Metall-Elemente auf, so daß nur
geringe Vibrationen und Schwingungen vom Werkzeug auf den
Industrieroboter übertragen werden. Hierbei sind die
Dämpfungselemente unmittelbar am Werkzeug-Flansch vorge
sehen, da durch diese Anordnung die Schlageinheit einer
seits ihre Fügekraft voll "entfalten" kann und anderer
seits eine optimale Schwingungs- und Vibrationsent
kopplung zwischen Industrieroboter und Werkzeug gegeben
ist.
Ferner weisen erfindungsgemäß die Vorsatzteile eine
Stößel-Wechseleinheit, in der der Stößel des Vorsatzteils
geführt ist, und eine Fügeteil-Aufnahmeeinheit auf,
die mit der Stößel-Wechseleinheit lösbar verbunden ist.
Dadurch wird die Flexibilität des erfindungsgemäßen
Werkzeuges weiter erhöht, da ohne Wechsel des
"eigentlichen" Vorsatzteils die verschiedensten Fügeteile
durch Einwechseln einer entsprechenden Aufnahmeeinheit
gefügt werden können.
Die Fügeteil-Aufnahmeeinheit ist darüberhinaus selbsttätig
wechselbar, da hierdurch ein selbsttätiges Rüsten des
Werkzeuges erfolgen kann.
Der Grundteil weist ebenso einen Stößel auf, der mit dem
Stößel des Vorsatz teils verbindbar ist und dient ebenfalls
der Erhöhung der Flexibilität des Werkzeugs. Darüberhinaus
ist durch diese Vorkehrung der Einbau zu zusätzlichen
Dämpfungselementen möglich, so daß eine besonders
effektive Schwingungsentkopplung erfolgen kann.
Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß der Grundteil
und der Vorsatzteil über einen Wechselflansch verbunden
sind, da sich dadurch das Werkzeug selbsttägig rüsten
läßt. Damit ist es beispielsweise möglich, daß der In
dustrieroboter, an dem der Grundteil angebracht ist, nach
einander Vorsatzteile einwechselt, die beispielsweise
einen Einpreßvorgang oder einen Nietvorgang ermöglichen.
Damit ist es durch entsprechend ausgebildete Vorsatzteile
möglich, das erfindungsgemäße Werkzeug ohne Wechseln des
Grundteils zum Einpressen, Nieten, Durchsetzfügen, Nageln,
Clinchen, Tackern, Meißeln, Entgraten sowie zu weiteren
schlagenden Bearbeitungs- bzw. Montagevorgängen zu verwen
den (Anspruch 2).
In jedem Falle erhält man durch den Aufbau des Werkzeugs
aus prozeßspezifischen und prozeßneutralen Modulen, die
über standardisierte Verbindungsschnittstellen beliebig
appliziert werden können, ein hochflexibles, sich automa
tisch selbstrüstendes Werkzeug, das mit geringem Aufwand
und geringen Kosten an die unterschiedlichsten Bearbei
tungsvorgänge anpaßbar ist.
In jedem Falle ist es von Vorteil, wenn gemäß Anspruch 3
die Wirkungslinie der Schlageinheit in der Verlängerung
der Handachse der Positioniereinheit liegt. Diese Ausbil
dung hat gegenüber der Verwendung eines C-förmigen Bügels
den Vorteil, daß große Reaktionskräfte mit einem ver
gleichsweise kleinen Werkzeug abgestützt werden können,
und daß der Fügepartner vom Werkzeug nicht umgriffen wer
den muß.
Selbstverständlich ist es möglich, daß an dem erfindungs
gemäßen Werkzeug zusätzliche Module von Hand oder selbst
tätig angebracht werden können, die beispielsweise einen
Schmierstoffauftrag, einen Toleranzausgleich oder eine
weitergehende Schwingungsdämpfung ausführen (Anspruch 4).
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all
gemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch
beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung
aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen
Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes ausge
bildetes Werkzeug, und
Fig. 2 einen typischen Montageaufbau unter Verwendung des
erfindungsgemäßen Werkzeugs.
Das in Fig. 1 dargestellte Werkzeug weist einen Grundteil
1 und einen Vorsatzteil 2 auf. In dem Grundteil 1 ist als
Schlageinheit eine pneumatische Kolben/Zylinder-Einheit 3
vorgesehen. Die Kolben/Zylinder-Einheit ist mit einem
Schlagstößel 4 verbunden, der in einem Abschnitt 5 des
Grundteils 1 geführt ist, der mit dem die Kolben/Zylinder-
Einheit aufnehmenden Gehäuse 1′ des Grundteils über in
einer Führung 6′ geführte Führungsstangen 6 verbunden ist,
die von Dämpfungsfedern 7 umgeben sind.
Am vorderen Ende des Abschnitts 5 des Grundteils 1 ist
eine Verriegelungseinheit 8 vorgesehen, die zum Befestigen
des Vorsatzteils 2 dient. Im Vorsatzteil 2 ist ein füge
teilspezifischer Stößel 9 geführt, an dessen vorderem Ende
ein Stößel-Wechseleinheit 10 und eine Fügeteil-Aufnahme
einheit 11, die mit dem Vorsatzteil lösbar verbunden ist,
vorgesehen sind. Die Fügeteil-Aufnahmeeinheit 11 nimmt ein
Fügeteil 12, beispielsweise einen zylindrischen Bolzen
auf, das in ein nur schematisch dargestelltes Basisteil 13
eingepreßt werden soll.
Ferner befindet sich am Gehäuse 1′ des Grundteils ein
Flansch, mit dem das Werkzeug über Dämpfungselemente 14 an
einer nicht dargestellten Positioniereinheit anbringbar
ist. Mit 15 ist eine Luftzufuhr für die Schlageinheit 3
bezeichnet, deren Betriebsdruck beispielsweise durch die
Steuereinheit der Positioniereinheit einstellbar ist.
Ein möglicher Funktionsablauf bspw. für das Einpressen
rotationssymmetrischer Teile unterschiedlicher Abmessungen
sieht dabei wie folgt aus:
Die prozeßneutrale pneumatisch-schlagende Antriebseinheit 3,
die produktspezifische Stößelwechseleinheit 10 und die pro
duktspezifische Fügeteil-Aufnahmeeinheit 11 befinden sich
in einer gemeinsamen axialen Wirkungslinie, aber auf un
terschiedlichen Ebenen am Werkzeugbereitstellungsort.
Durch eine einfache axiale Vorschubbewegung mit evtl.
überlagerter Drehbewegung können nun von einem Industrie
roboter die einzelnen Komponenten automatisch aufgenommen
werden, so daß sich das Werkzeug selbsttätig rüstet. Nach
Beendigung des jeweiligen Prozesses erfolgt die Ablage der
entsprechenden Komponenten durch einen einfachen pneumati
schen Entriegelungsmechanismus am Werkzeugbereitstellungs
ort. Zur Durchführung eines anderen Fügeprozesses, wie
z. B. Nieten kann nun an einem weiteren Bereitstellungsort
das Rüsten des Werkzeugs erneut erfolgen. Die spezifischen
Prozeßparameter für die unterschiedlichen Verbindungste
chniken, wie beispielsweise Schlagleistung und Schlagfre
quenz, können off-line über einen Zellenrechner an die
Werkzeug- bzw. Industrierobotersteuerung übergeben werden,
so daß neben dem hardwaremäßigen Rüsten auch ein "softwa
re-mäßiges Rüsten" erfolgen kann.
Eine typische Montageaufgabe besteht beispielsweise darin,
einen Zylinderstift in eine Bohrung in einem Stahlteil
einzupressen. Dabei hat der Zylinderstift ein Übermaß von
ca. 25 µm bei einem zu realisierenden Fügeweg von 40 mm.
Ein typischer Aufbau zur Durchführung einer derartigen
Fügeaufgabe ist in Fig. 2 dargestellt. An einem 5-achsigen
Vertikalknickarm-Industrieroboter 20 mit Punkt-zu-Punkt-
Steuerung ist beispielsweise das in Fig. 1 dargestellte
pneumatisch-schlagende Hammerwerkzeug 21 angebracht, das
die erforderlichen Fügekräfte erzeugen und gleichzeitig
die auftretenden Reaktionskräfte abstützen kann, ohne daß
der Industrieroboter eine wesentliche Belastung dadurch
erfahren würde.
Die Vorschubbewegung zur Realisierung des Fügewegs erfolgt
dabei durch den Industrieroboter 20.
Die Leistung des erfindungsgemäßen Werkzeugs entspricht
bei diesem Ausführungsbeispiel der einer pneumatischen
Presse mit 5000 N maximaler Fügekraft, wobei die Schlag
leistung (und -frequenz) frei programmierbar ist, so daß
für unterschiedliche Bolzen-Bohrung-Kombinationen die
jeweils benötigte Schlagleistung eingestellt werden kann,
die eine optimale Qualität der jeweiligen Verbindung
zur Folge hat. Durch die Verwendung eines 5-achsigen Indu
strieroboters 20 als Fügeeinheit sind Einpreßvorgänge
nahezu in allen beliebigen Raumpunkten möglich. Die auf
tretenden Schwingungen und Vibrationen werden durch Gummi
metall-Elemente 14 (siehe Fig. 1) gedämpft, so daß nur
geringe Vibrationen auf den Industrieroboter übertragen
werden.
Der Industrieroboter arbeitet mit einem 4-achsigen Hori
zontalknickarmgerät (SCARA) 22 mit Bahn-Steuerung zusam
men, das sowohl die Bereitstellung des Fügeteils 12 an der
Fügestelle als auch den Ausgleich der Positionsabweichun
gen realisiert. Hierzu wird an der 4. Achse des SCARA-
Roboters ein Greifer 15 mit horizontalem Greifweg ange
bracht, durch den der Stift 12 über dem Basisteil 13 posi
tioniert werden kann.
Ferner sind mit 16 ein Tisch und mit 17 eine Überwachungs
einheit, die beispielsweise eine CCD-Kamera aufweisen
kann, für die Durchführung des Fügevorgangs bezeichnet.
Die beiden Industrieroboter sind steuerungstechnisch nach
dem Master-Slave-Prinzip miteinander gekoppelt, so daß
einerseits eine Kollissionsvermeidung und andererseits ein
auf dem jeweiligen Montagevorgang abgestimmter Fügeablauf
realisiert werden kann.
Mit dem als Ausführungsbeispiel dargestellten Werkzeug
kann beispielsweise mit Dauerschlägen mit einer Frequenz
von ca. 60 Hz ein Zylinderstift DIN 6325 6m6×40 über 40 mm
in einer Taktzeit von 2 - 3 sec. gefügt werden, wobei die
zum Fügen erforderliche Vertikalbewegung durch den Verti
kalknickarm-Roboter 20 erfolgt.
Selbstverständlich ist
es beispielsweise jederzeit möglich, an dem erfindungsge
mäßen Werkzeug zusätzliche Module, wie passive oder aktive
Toleranzausgleichsmodule anzubringen.
Claims (5)
1. Werkzeug zum schlagenden Bearbeiten und Montieren von
Fügeteilen als Werkstücke
- - mit einem Grundteil (1), in dem als Schlageinheit eine mit einem ersten Stößel (4) verbundene pneumatische Kolben/Zylinder-Einheit angeordnet ist, deren Schlagzahl und Schlagleistung durch Steuerung des Betriebsdruckes durch eine Steuereinheit einstellbar ist,
- - mit einem an dem Grundteil (1) angesetzten be arbeitungsspezifischen Vorsatzteil (2), bestehend aus einer Stößel-Wechseleinheit (10), in der ein mit dem ersten Stößel (4) der Schlageinheit verbindbarer zweiter Stößel (9) geführt ist, und aus einer mit der Stößel- Wechseleinheit (10) lösbar verbundenen Fügeteil spezifischen Aufnahmeeinheit (11), wobei der zweite Stößel (9) mit dem von der Aufnahneeinheit (11) aufgenommenen Fügeteil (12) in Wirkverbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, daß an den der Stößel-
Wechseleinheit (10) abgewandten Ende des Grundteils (1)
ein Flansch mit Dämpfungselementen (14) zum Befestigen des
Werkzeugs an einer steuerbaren, mehrachsigen
Positioniereinheit vorgesehen ist, und daß zwischen dem
Grundteil (1) und der modulartig aufgebauten Stößel-
Wechseleinheit (10) und zwischen der Stößel-Wechseleinheit
(10) und der modulartig aufgebauten Fügeteil-spezifischen
Aufnahemeinheit (11) jeweils ein Wechselflansch mit
jeweils einer Verriegelungseinheit vorgesehen ist, so daß
die Stößel-Wechseleinheit (10) und die Fügeteil
spezifische Aufnahmeinheit (11) gegen andere Einheiten
selbsttätig austauschbar sind.
2. Werkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die austauschbaren Vor
satzteile (2) zum Einpressen, Nieten, Durchsetzfügen,
Nageln, Tackern, Meißeln oder Entgraten geeignet sind.
3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungslinie der Schlag
einheit (3) in der Verlängerung der Handachse der Positio
niereinheit liegt.
4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Module einwechsel
bar sind, die beispielsweise einen Schmierstoffauftrag,
einen Toleranzausgleich oder eine Schwingungsdämpfung
durchführen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904004020 DE4004020C2 (de) | 1990-02-09 | 1990-02-09 | Werkzeug zum schlagenden Bearbeiten und Montieren von Fügeteilen als Werkstücke |
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Publications (2)
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DE4004020A1 DE4004020A1 (de) | 1991-08-14 |
DE4004020C2 true DE4004020C2 (de) | 1994-10-20 |
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