DE102018104199B4 - Machine tool with work area, setup station and robot arm and method for their operation - Google Patents
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Abstract
Werkzeugmaschine (10) mit mehreren Maschinenachsen (19) ,mit einem Arbeitsraum (13), der zur Bearbeitung eines Werkstücks (14) eingerichtet ist, in dem eine Spanneinrichtung (15) zum Spannen des Werkstücks (14) während der Bearbeitung und eine Werkzeugspindel (16) zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs (17) angeordnet sind, wobei die Werkzeugspindel (16) und die Spanneinrichtung (15) mittels einer oder mehrerer der Maschinenachsen (19) relativ zueinander bewegbar sind,mit einer Steuereinrichtung (18), die dazu eingerichtet ist, den Arbeitsablauf der Werkstückbearbeitung im Arbeitsraum (13) während einer Hauptzeit zu steuern,mit einem Rüstplatz (25), der vom Arbeitsraum (13) durch eine Trennwand (26) getrennt ist, wobei am Rüstplatz (25) eine Werkstückhalterung (28) zum Halten des Werkstücks (14) angeordnet ist,mit einer Werkstückwechseleinrichtung (33), die zwischen dem Rüstplatz (25) und dem Arbeitsraum (13) angeordnet und dazu eingerichtet ist, ein Werkstück (14) zwischen dem Rüstplatz (25) und dem Arbeitsraum (13) zu wechseln,mit einem dem Rüstplatz (25) zugeordneten in mehreren Freiheitsgraden bewegbaren Roboterarm (40), der an seinem freien Ende (42) eine Werkzeugaufnahme (43) aufweist, und der dazu eingerichtet ist, während der Hauptzeit ein am Rüstplatz (25) in der Werkstückhalterung (28) gehaltenes Werkstück (14) zu bearbeiten, wobei zumindest ein Teil der in der Steuereinrichtung (18) implementierten Funktionen auch für die Steuerung und/oder Überwachung des Arbeitsablaufs am Rüstplatz (25) verwendet wird.Machine tool (10) with several machine axes (19), with a work space (13) which is set up for machining a workpiece (14), in which a clamping device (15) for clamping the workpiece (14) during machining and a tool spindle ( 16) are arranged to hold a machining tool (17), the tool spindle (16) and the clamping device (15) being movable relative to one another by means of one or more of the machine axes (19), with a control device (18) which is designed to do this to control the workflow of workpiece processing in the work area (13) during a main time, with a setup station (25) which is separated from the work area (13) by a partition (26), with a workpiece holder (28) for holding at the setup station (25). of the workpiece (14) is arranged, with a workpiece changing device (33) which is arranged between the setup station (25) and the work space (13) and is designed to move a workpiece (14) between the setup station (25) and the work space (13 ) to change, with a robot arm (40) which is assigned to the setup station (25) and can be moved in several degrees of freedom, which has a tool holder (43) at its free end (42), and which is set up to be at the setup station (25th) during the main time ) to process the workpiece (14) held in the workpiece holder (28), at least some of the functions implemented in the control device (18) also being used for controlling and / or monitoring the workflow at the setup station (25).
Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit mehreren Maschinenachsen und ein Verfahren zu deren Betrieb. Die Werkzeugmaschine hat einen Arbeitsraum, der zur Bearbeitung eines Werkstücks eingerichtet ist. In dem Arbeitsraum ist eine Spanneinrichtung zum Spannen des Werkstücks während der Bearbeitung sowie eine Werkzeugspindel zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs angeordnet. Die Werkzeugspindel und die Spanneinrichtung sind mittels einer und insbesondere mehrere Maschinenachsen relativ zueinander bewegbar und positionierbar. Das Werkstück kann vorzugsweise an mehreren Seiten bearbeitet werden.The invention relates to a machine tool with several machine axes and a method for operating it. The machine tool has a work area that is set up to process a workpiece. A clamping device for clamping the workpiece during machining and a tool spindle for receiving a machining tool are arranged in the work space. The tool spindle and the clamping device can be moved and positioned relative to one another by means of one and in particular several machine axes. The workpiece can preferably be processed on several sides.
Solche Werkzeugmaschinen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Es gibt Bearbeitungszentren, die automatische Wechsel des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks ausführen können, um hochgenaue und komplexe Werkstückbearbeitungen in einer Aufspannung des Werkstücks im Arbeitsraum ausführen zu können.Such machine tools are known in different designs. There are machining centers that can carry out automatic changes of the machining tool and the workpiece in order to be able to carry out highly precise and complex workpiece machining in one clamping of the workpiece in the work area.
Eine Werkzeugmaschine zum zerspanenden Bearbeiten eines Werkstücks ist in
Es ist auch bekannt, die Werkstücke vor und/oder nach der Bearbeitung im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine weiteren Bearbeitungsvorgängen zu unterziehen. Dazu können neben der Werkzeugmaschine separate Bearbeitungszellen angeordnet und mittels einer geeigneten Transfereinrichtung mit der Werkzeugmaschine verbunden werden. Abhängig von der Bearbeitungsaufgabe lassen sich auf diese Weise einfachere Bearbeitungsschritte, die beispielsweise eine weniger genaue Bearbeitung bedürfen, in einfachere Bearbeitungs- bzw. Roboterzellen auslagern, so dass die Bearbeitung des Werkstücks durch die Werkzeugmaschine für solche Bearbeitungsschritte freigehalten wird, die aufgrund ihrer Anforderung, insbesondere an die Genauigkeit oder das Abtragsvolumen, die Bearbeitung in der Werkzeugmaschine bedürfen. Einige Hersteller bieten solche zusätzlichen Bearbeitungs- bzw. Roboterzellen an, wie z.B. die Firma Cellro B.V.It is also known to subject the workpieces to further processing operations before and/or after processing in the working area of the machine tool. For this purpose, separate processing cells can be arranged next to the machine tool and connected to the machine tool using a suitable transfer device. Depending on the machining task, simpler machining steps that, for example, require less precise machining, can be outsourced to simpler machining or robot cells, so that the machining of the workpiece by the machine tool is kept free for those machining steps that are necessary due to their requirements, in particular on the accuracy or the material removal volume that requires processing in the machine tool. Some manufacturers offer such additional processing or robot cells, such as Cellro B.V.
Der Aufwand für solche zusätzlichen Bearbeitungszellen ist relativ hoch. Die Zellen müssen separat an die zur Bearbeitung notwendigen Energie- und Medienversorgungen angeschlossen werden, z.B. Druckluft, Hydraulik, Kühlwasser und elektrische Energie. Außerdem behindern solche zusätzlichen Bearbeitungs- bzw. Roboterzellen mit einem entsprechenden Teiletransfer zum Transport der Werkstücke in vielen Fällen die Zugänglichkeit zu einer Werkzeugmaschine, da solche zusätzlichen Bearbeitungszellen üblicherweise direkt vor die Werkzeugmaschine platziert werden. Auch die erforderlichen Sicherheitseinrichtungen in Bezug auf die Arbeitssicherheit müssen für die zusätzliche Bearbeitungszelle vorgesehen werden, wie beispielsweise eine Schutzverkleidung und die Absicherung der Energie- und Medienversorgung. Es kommt hinzu, dass die Aufstellfläche für die Werkzeugmaschine und die zusätzliche Bearbeitungszelle in der Regel groß ist und daher bei der Realisierung einer Fabrik zusätzliche Kosten verursacht.The effort required for such additional processing cells is relatively high. The cells must be connected separately to the energy and media supplies necessary for processing, e.g. compressed air, hydraulics, cooling water and electrical energy. In addition, such additional processing or robot cells with a corresponding part transfer for transporting the workpieces in many cases hinder accessibility to a machine tool, since such additional processing cells are usually placed directly in front of the machine tool. The necessary safety devices with regard to occupational safety must also be provided for the additional processing cell, such as protective cladding and securing the energy and media supply. In addition, the installation area for the machine tool and the additional processing cell is usually large and therefore incurs additional costs when building a factory.
Ausgehend davon kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, die Effizienz einer Werkzeugmaschine mit geringem Aufwand zu verbessern.Based on this, it can be seen as the object of the present invention to improve the efficiency of a machine tool with little effort.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 15 gelöst.This task is solved by a machine tool with the features of patent claim 1 and a method with the features of
Die Werkzeugmaschine hat einen Arbeitsraum, der zur Bearbeitung eines Werkstücks eingerichtet ist. Im Arbeitsraum sind eine Spanneinrichtung zum Spannen des Werkstücks während dessen Bearbeitung und eine Werkzeugspindel zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs angeordnet. Die Werkzeugspindel kann auch zu einem automatischen Wechsel des Bearbeitungswerkzeugs eingerichtet sein. Die Werkzeugmaschine hat mehrere Maschinenachsen. Mittels einer oder mehrerer der vorhandenen Maschinenachsen können die Spanneinrichtung und die Werkzeugspindel relativ zueinander bewegt und positioniert werden. Somit können auch das Bearbeitungswerkzeug und das eingespannte Werkstück relativ zueinander bewegt werden, um die gewünschte Bearbeitung des Werkstücks vorzunehmen. Bevorzugt kann das Werkstück durch die Werkzeugmaschine von mehreren Seiten, beispielsweise von drei, vier oder fünf Seiten bearbeitet werden. In dem Arbeitsraum können auch mehrere Werkzeugspindeln angeordnet sein, so dass das Werkstück gleichzeitig oder nacheinander mittels Bearbeitungswerkzeugen der verschiedenen Werkzeugspindeln bearbeitet werden kann.The machine tool has a work area that is set up to process a workpiece. A clamping device for clamping the workpiece during machining and a tool spindle for holding a machining tool are arranged in the work area. The tool spindle can also be set up to automatically change the machining tool. The machine tool has several machine axes. The clamping device and the tool spindle can be moved and positioned relative to one another using one or more of the existing machine axes. The machining tool and the clamped workpiece can therefore also be moved relative to one another in order to carry out the desired machining of the workpiece. The workpiece can preferably be processed by the machine tool from several sides, for example from three, four or five sides. Several tool spindles can also be arranged in the work space, so that the workpiece can be machined simultaneously or one after the other using machining tools of the different tool spindles.
Die Werkzeugmaschine hat außerdem einen Rüstplatz, der vom Arbeitsraum durch eine Trennwand getrennt ist. Die Trennwand oder zumindest ein Abschnitt der Trennwand kann zum Transfer eines Werkstücks zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum geöffnet und anschließend wieder verschlossen werden. Die Trennwand ist sozusagen eine gemeinsame Wand des Rüstplatzes und des Arbeitsraums und begrenzt auf der einen Seite den Rüstplatz (zum Arbeitsraum hin) und auf der entgegengesetzten Seite den Arbeitsraum (zum Rüstplatz hin).The machine tool also has a setup area that is separated from the work area by a partition. The partition or at least a section of the partition can be opened to transfer a workpiece between the setup station and the work area and then closed again. The partition is, so to speak a common wall of the set-up area and the work area and delimits the set-up area on one side (towards the work area) and the work area on the opposite side (towards the set-up area).
Der Rüstplatz ist insbesondere zur Vorbereitung des Werkstücks auf die Bearbeitung im Arbeitsraum vorgesehen und eingerichtet. Am Rüstplatz ist eine Werkstückhalterung zum Halten des Werkstücks angeordnet. Eine Werkstückwechseleinrichtung ist vorhanden, die zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum angeordnet und dazu eingerichtet ist, ein Werkstück zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum wechseln bzw. transportieren zu können. Vorzugsweise kann die Werkstückwechseleinrichtung dazu eingerichtet sein, ein im Arbeitsraum zu bearbeitendes Werkstück von der Werkstückhalterung des Rüstplatzes zu übernehmen und an die Spanneinrichtung im Arbeitsraum zu übergeben. Die Werkstückwechseleinrichtung kann außerdem dazu eingerichtet sein, ein im Arbeitsraum bearbeitetes Werkstück von der Spanneinrichtung im Arbeitsraum zu übernehmen und aus dem Arbeitsraum heraus zu transportieren, beispielsweise wieder zurück zum Rüstplatz.The setup station is intended and set up in particular to prepare the workpiece for processing in the work area. A workpiece holder for holding the workpiece is arranged at the setup station. A workpiece changing device is present, which is arranged between the setup station and the work area and is set up to be able to change or transport a workpiece between the setup station and the work area. Preferably, the workpiece changing device can be set up to take over a workpiece to be processed in the workspace from the workpiece holder of the setup station and to transfer it to the clamping device in the workspace. The workpiece changing device can also be set up to take over a workpiece processed in the workspace from the clamping device in the workspace and to transport it out of the workspace, for example back to the setup station.
Dem Rüstplatz ist ein Roboterarm zugeordnet. Der Roboterarm ist in mehreren Freiheitsgraden bewegbar und hat hierfür entsprechende translatorische und/oder rotatorische Achsen, die einzelne Glieder des Roboterarms miteinander verbinden.A robot arm is assigned to the setup station. The robot arm can be moved in several degrees of freedom and has corresponding translational and/or rotational axes for this purpose, which connect individual links of the robot arm with one another.
Die Werkzeugmaschine weist außerdem eine Steuereinrichtung auf. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, den Arbeitsablauf der Werkstückbearbeitung im Arbeitsraum während einer Hauptzeit zu steuern. Die Hauptzeit ist die Zeitdauer, während der ein Werkstück im Arbeitsraum unter Einsatz der wenigstens einen Werkzeugspindel bearbeitet wird. Der Roboterarm ist dazu eingerichtet, während dieser Hauptzeit ein am Rüstplatz in der Werkstückhalterung gehaltenes Werkstück zu bearbeiten. Vorzugsweise ist während jeder Hauptzeit zumindest zeitweise ein Werkstück am Rüstplatz vorhanden und in der Werkstückhalterung gehalten, das mittels des Roboterarms bearbeitet werden kann.The machine tool also has a control device. The control device is set up to control the workflow of workpiece processing in the work area during a main time. The main time is the period of time during which a workpiece is machined in the work area using the at least one tool spindle. The robot arm is set up to process a workpiece held in the workpiece holder at the setup station during this main time. Preferably, at least temporarily during each main time, a workpiece is present at the setup station and held in the workpiece holder, which can be processed using the robot arm.
Die Werkzeugmaschine weist bereits sämtliche Anschlüsse für die benötigte Versorgung mit elektrischer Energie und etwaigen Medien auf, so dass die Versorgung des Rüstplatzes der Werkzeugmaschine sehr einfach ohne großen Aufwand erreicht werden kann. Auch kann beispielsweise ein Kühlaggregat zur Kühlung von Einrichtungen und/oder dem Werkstück sowohl für den Arbeitsraum als auch den Rüstplatz genutzt werden. Außerdem erhöht sich die Aufstellfläche der Werkzeugmaschine durch den zusätzlichen Roboterarm nicht oder lediglich geringfügig. Dadurch lassen sich auch bereits bestehende Werkzeugmaschinen nachrüsten. Die geringe Aufstellfläche ermöglicht auch eine Kosteneinsparung gegenüber zusätzlichen separaten Bearbeitungszellen bei der Realisierung einer Fabrikation.The machine tool already has all the connections for the required supply of electrical energy and any media, so that the supply of the machine tool's set-up area can be achieved very easily and without much effort. For example, a cooling unit can also be used to cool equipment and/or the workpiece for both the work area and the setup area. In addition, the footprint of the machine tool does not increase or only increases slightly due to the additional robot arm. This means that existing machine tools can also be retrofitted. The small footprint also enables cost savings compared to additional separate processing cells when realizing a production.
Zumindest ein Teil der implementierten Funktionen der Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine wird auch für die Steuerung und/oder Überwachung des Arbeitsablaufs am Rüstplatz verwendet. Somit kann die Steuereinrichtung übergeordnete Funktionen - insbesondere Sicherheitsfunktionen, die die Arbeitssicherheit betreffen - aufweisen, die auch für den Betrieb des Roboterarms genutzt werden und nicht separat implementiert werden müssen.At least some of the implemented functions of the control device of the machine tool are also used to control and/or monitor the workflow at the setup station. The control device can therefore have higher-level functions - in particular safety functions that concern occupational safety - which are also used for the operation of the robot arm and do not have to be implemented separately.
Vorzugsweise stellt die Steuereinrichtung wenigstens eine Sicherheitsfunktion für den Betrieb der Werkzeugmaschine und insbesondere der Werkstückbearbeitung im Arbeitsraum bereit, um Bedienpersonen vor Verletzungen zu schützen und Schäden am Material zu vermeiden. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung als eine mögliche Sicherheitsfunktion wenigstens ein Sensorsignal abfragen, das anzeigt, ob eine Tür, eine Revisionsklappe oder eine sonstige Öffnung in einer die Werkzeugmaschine umschließenden Maschinenaußenwand geöffnet oder geschlossen sind. Nur wenn diese Öffnungen verschlossen sind, wird eine Bearbeitung des Werkstücks oder eine Bewegung einer Maschinenachse ermöglicht. Derartige Öffnungen können während der Bearbeitung des Werkstücks oder einer Bewegung einer Maschinenachse durch die Steuereinrichtung verriegelt werden, um das Öffnen zu verhindern.Preferably, the control device provides at least one safety function for the operation of the machine tool and in particular the workpiece processing in the work area in order to protect operators from injuries and avoid damage to the material. For example, as a possible safety function, the control device can query at least one sensor signal that indicates whether a door, an inspection flap or another opening in an outer machine wall surrounding the machine tool is open or closed. Machining of the workpiece or movement of a machine axis is only possible if these openings are closed. Such openings can be locked by the control device during machining of the workpiece or movement of a machine axis in order to prevent opening.
Ein weiteres Beispiel für eine Sicherheitsfunktion ist die Sichergestellung der Kollisionsfreiheit der bewegbaren Einrichtungen und Teile, insbesondere einer Beladungs- oder Werkstücktransfereinheit und der durch Maschinenachsen bewegbaren Einrichtungen, wie etwa der Spanneinrichtung, der wenigstens einen Werkzeugspindel und der Werkstückwechseleinrichtung. Dazu kann die Steuereinrichtung einen oder mehrere Positionswerte und/oder Sensorsignale von Überwachungssensoren (z.B. Näherungssensoren, Endlagenschalter, usw.) abfragen.Another example of a safety function is ensuring that the movable devices and parts are free of collision, in particular a loading or workpiece transfer unit and the devices that can be moved by machine axes, such as the clamping device, the at least one tool spindle and the workpiece changing device. For this purpose, the control device can query one or more position values and/or sensor signals from monitoring sensors (e.g. proximity sensors, limit switches, etc.).
Die Steuereinrichtung kann also eine oder mehrere solcher Sicherheitsfunktionen oder andere übergeordnete Steuerungen und/oder Regelungen sowohl für den Arbeitsablauf im Arbeitsraum als auch am Rüstplatz verwenden, insbesondere zur Sicherstellung der Arbeitssicherheit.The control device can therefore use one or more such safety functions or other higher-level controls and/or regulations both for the workflow in the work area and at the setup station, in particular to ensure occupational safety.
Die Steuereinrichtung kann auch Positionssollwerte und/oder Bewegungsbahnen für die Positionierung oder Ausrichtung oder Bewegung des Roboterarms bzw. einzelner Glieder des Roboterarms bereitstellen. Die Ausführung der Bewegung kann durch eine unterlagerte und separate Robotersteuerung erfolgen, die die einzelnen rotatorischen bzw. translatorischen Roboterachsantriebe steuert. Alternativ kann die vollständige Bewegungssteuerung des Roboters durch die Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine ausgeführt werden. Der Roboterarm kann als eine oder mehrere weitere Maschinenachsen angesehen werden, die von der gemeinsamen Steuereinrichtung angesteuert werden.The control device can also set position setpoints and/or movement paths for the positioning or alignment or movement of the robot arm or individual limbs of the robot provide rarms. The movement can be carried out by a subordinate and separate robot control that controls the individual rotary or translational robot axis drives. Alternatively, the complete movement control of the robot can be carried out by the control device of the machine tool. The robot arm can be viewed as one or more additional machine axes that are controlled by the common control device.
Zusätzlich zur Bearbeitung des Werkstücks kann der Roboterarm auch dazu eingerichtet sein oder betrieben werden, um den Rüstplatz und insbesondere die Werkstückhalterung zu reinigen.In addition to processing the workpiece, the robot arm can also be set up or operated to clean the setup area and in particular the workpiece holder.
Unter der Bearbeitung des Werkstücks durch den Roboterarm sind unter anderem, aber nicht nur Material abtragende Bearbeitungsschritte zu verstehen. Die Bearbeitung kann eine oder mehrere der nachfolgenden Tätigkeiten bzw. Bearbeitungsschritte umfassen:
- - Material abtragende und/oder umformende Bearbeitungen, wie Entgraten, Bohren, Gewindeschneiden, Prägen, usw.
- - das Markieren des Werkstücks, beispielsweise mittels eines Lasers,
- - das Reinigen des Werkstücks mit Druckluft oder einem Reinigungsfluid bzw. einer Flüssigkeit, oder durch Absaugen, beispielsweise von Spänen oder Pulver vom Laserauftragsschweißen
- - das Messen oder Prüfen von Dimensionen am Werkstück,.
- - das Montieren von wenigstens einem Zusatzteil am Werkstück und/oder das Zusammenbauen mehrerer Werkstückkomponenten,
- - das Auftragen von insbesondere metallischem Material oder nichtmetallischem Material wie etwa Kunststoffmaterial auf das Werkstück durch ein additives Herstellungsverfahren (generatives Fertigungsverfahren) wie z.B. Lasersintern, Laserschmelzen, Lichtbogen-Auftragsschweißen bzw. Laserschweißen, Elektronenstrahlschmelzen, Metall-Pulver-Auftragsverfahren oder ein anderes geeignetes Pulverbettverfahren, Freiraumverfahren oder Flüssigmaterialverfahren.
- - Konservierung von Werkstücken durch Auftrag von Konservierungsstoffen
- - Processes that remove and/or shape material, such as deburring, drilling, thread cutting, embossing, etc.
- - marking the workpiece, for example using a laser,
- - Cleaning the workpiece with compressed air or a cleaning fluid or liquid, or by suction, for example of chips or powder from laser deposition welding
- - measuring or checking dimensions on the workpiece.
- - assembling at least one additional part on the workpiece and/or assembling several workpiece components,
- - the application of in particular metallic material or non-metallic material such as plastic material to the workpiece by an additive manufacturing process (generative manufacturing process) such as laser sintering, laser melting, arc deposition welding or laser welding, electron beam melting, metal powder deposition process or another suitable powder bed process, Free space process or liquid material process.
- - Preservation of workpieces by applying preservatives
Der Roboterarm kann einen oder mehrere dieser Bearbeitungsschritte in beliebiger Kombination und Reihenfolge während der Hauptzeit ausführen. Es ist dabei möglich, dasselbe Werkstück sowohl am Rüstplatz als auch im Arbeitsraum mehrmals zu bearbeiten. Beispielsweise kann durch ein additives Herstellungsverfahren aufgetragenes Material anschließend zur Erzeugung sehr genauer Flächen oder Kanten im Arbeitsraum bearbeitet und dann zurück zum Rüstplatz gefördert werden, um dort eine erneute Bearbeitung vorzunehmen, beispielsweise nochmals Material additiv aufzutragen.The robot arm can carry out one or more of these processing steps in any combination and order during main time. It is possible to process the same workpiece several times both at the setup station and in the work area. For example, material applied by an additive manufacturing process can then be processed to create very precise surfaces or edges in the workspace and then conveyed back to the setup station in order to carry out further processing there, for example to apply material additively again.
Zum additiven Herstellen kann der Roboterarm einen Laserschweißkopf als Bearbeitungswerkzeug verwenden. Der Laserschweißkopf sowie etwaige Zusatzaggregate für das additive Herstellungsverfahren, beispielsweise eine Laserquelle und eine Materialzufuhr, werden am Rüstplatz angeordnet, vorzugsweise möglichst nahe an der Werkstückhalterung, um die Zuleitungen zwischen den Zusatzaggregaten und dem Laserkopf möglichst kurz ausführen zu können. Am Rüstplatz können die Teile der Werkzeugmaschine, die mit Material bei der additiven Herstellung in Kontakt gelangen können, aus Edelstahl oder anderen geeigneten Materialien bzw. mit anderen geeigneten Oberflächenbeschichtungen versehen sein. Gegebenenfalls sind transparente Elemente in einer den Rüstplatz umgebenden Wand für den Einsatz des Lasers geeignet auszuführen (z.B. Verwenden einer Laserschutzscheibe). Zur Kühlung des Lasers kann ein Kühlaggregat erforderlich sein. Dieses Kühlaggregat kann sowohl den Laser am Rüstplatz, als auch Maschineneinrichtungen des Arbeitsraumes kühlen. Zur Abfuhr von Schweißpulver oder zur Schlackeentsorgung oder zur Entsorgung von überschüssigem Material bei dem additiven Herstellen kann - sofern technisch möglich oder sinnvoll - dieselbe Entsorgungseinrichtung verwendet werden, wie für die Span- und Kühlmittelabfuhr im Arbeitsraum.For additive manufacturing, the robot arm can use a laser welding head as a processing tool. The laser welding head and any additional units for the additive manufacturing process, for example a laser source and a material supply, are arranged at the setup station, preferably as close as possible to the workpiece holder, in order to be able to keep the supply lines between the additional units and the laser head as short as possible. At the setup station, the parts of the machine tool that can come into contact with material during additive manufacturing can be made of stainless steel or other suitable materials or provided with other suitable surface coatings. If necessary, transparent elements in a wall surrounding the setup area must be designed to be suitable for the use of the laser (e.g. use of a laser protection screen). A cooling unit may be required to cool the laser. This cooling unit can cool both the laser at the setup station and machine equipment in the work area. To remove welding powder or slag or to dispose of excess material during additive manufacturing - if technically possible or sensible - the same disposal facility can be used as for chip and coolant removal in the work area.
Durch das additive Herstellen am Rüstplatz kann die Herstellung von Werkstückvarianten, die auf demselben Basiskörper basieren, vereinfacht werden. Beispielsweise kann für mehrere oder alle Varianten des Werkstücks derselbe Gusskörper als Basiskörper verwendet werden. Abhängig von der auszuführenden Variante kann mittels des Roboterarms am Rüstplatz ein Materialauftrag an den geeigneten Stellen erfolgen, um die unterschiedlichen Werkstückvarianten zu erzeugen. Es versteht sich, dass zusätzlich zu dem Materialauftrag auch eine andere Bearbeitung - am Rüstplatz und/oder im Arbeitsraum - erfolgen kann, um die gewünschte Werkstückvariante aus dem Basiskörper herzustellen.Through additive manufacturing at the setup station, the production of workpiece variants that are based on the same base body can be simplified. For example, the same cast body can be used as the base body for several or all variants of the workpiece. Depending on the variant to be carried out, the robot arm at the setup station can be used to apply material to the appropriate locations in order to create the different workpiece variants. It is understood that in addition to the material application, other processing can also be carried out - at the setup station and/or in the work area - in order to produce the desired workpiece variant from the base body.
Additive Herstellverfahren am Rüstplatz können auch zur Erzeugung spezieller Werkstückoberflächeneigenschaften angewendet werden, wie beispielsweise zur Erzeugung von funktionellen Schutzschichten und/oder Gleitschichten und/oder Stützschichten auf Werkstückoberflächen.Additive manufacturing processes at the setup station can also be used to create special workpiece surface properties, such as for example to create functional protective layers and/or sliding layers and/or supporting layers on workpiece surfaces.
Es ist bevorzugt, wenn die Werkstückhalterung um eine Drehachse drehbar ist, die vorzugsweise vertikal ausgerichtet ist. Dadurch kann beispielsweise ein kreisrunder Materialauftrag auf dem eingespannten Werkstück beim additiven Herstellen erreicht werden. Die Relativbewegung zwischen dem Schweißkopf und dem Werkstück kann durch die drehbare Werkstückhalterung ausgeführt werden.It is preferred if the workpiece holder is rotatable about an axis of rotation, which is preferably vertically aligned. This allows, for example, a circular material application to be achieved on the clamped workpiece during additive manufacturing. The relative movement between the welding head and the workpiece can be carried out by the rotatable workpiece holder.
Bei einer Ausgestaltung der Werkzeugmaschine ist der Roboterarm dazu eingerichtet, ein Messwerkzeug aufzunehmen oder weist an seinem freien Ende ein Messwerkzeug auf. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Roboterarm mit dem Messwerkzeug zu steuern, um die Position und/oder Ausrichtung des in der Werkstückhalterung am Rüstplatz angeordneten Werkstücks in einem Koordinatensystem des Roboterarms zu ermitteln. Diese Messung kann erfolgen, um anschließend eine weitere Bearbeitung des Werkstücks am Rüstplatz mit der erforderlichen Genauigkeit vornehmen zu können. Die Messung kann auch dazu eingerichtet sein, sich unterscheidende Werkstücktypen zu erkennen.In one embodiment of the machine tool, the robot arm is set up to hold a measuring tool or has a measuring tool at its free end. The control device can be set up to control the robot arm with the measuring tool in order to determine the position and/or orientation of the workpiece arranged in the workpiece holder at the setup station in a coordinate system of the robot arm. This measurement can be carried out in order to then be able to carry out further processing of the workpiece at the setup station with the required accuracy. The measurement can also be set up to recognize different types of workpieces.
Es ist vorteilhaft, wenn die Werkstückwechseleinrichtung dazu eingerichtet ist, gleichzeitig ein zu bearbeitendes Werkstück vom Rüstplatz in den Arbeitsraum und ein bereits bearbeitetes Werkstück aus dem Arbeitsraum zum Rüstplatz zu transportieren. Beispielsweise kann die Werkstückwechseleinrichtung zwei Werkstückwechselplätze für jeweils ein Werkstück aufweisen und um eine zwischen dem Arbeitsraum und dem Rüstplatz verlaufende Schwenkachse schwenkbar gelagert sein. Es ist auch möglich, dass zumindest ein Teil der Trennwand zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum mit der Werkstückwechseleinrichtung verbunden ist und beispielsweise in einer Radialebene der Schwenkachse der schwenkbaren Werkstückwechseleinrichtung angeordnet ist.It is advantageous if the workpiece changing device is set up to simultaneously transport a workpiece to be processed from the set-up area into the work area and an already processed workpiece from the work area to the set-up area. For example, the workpiece changing device can have two workpiece changing stations for one workpiece each and can be pivotally mounted about a pivot axis running between the work area and the setup station. It is also possible that at least part of the partition between the setup station and the work space is connected to the workpiece changing device and is arranged, for example, in a radial plane of the pivot axis of the pivotable workpiece changing device.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Werkstücke auf jeweils einer Palette befestigt bzw. gespannt. Bei der Bearbeitung der Werkstücke am Rüstplatz und im Arbeitsraum bleibt das Werkstück in derselben Position auf der jeweils zugeordneten Palette angeordnet. Die Palette ist für den Transport und/oder das Halten bzw. Spannen der Werkstücke eingerichtet.In a preferred embodiment, the workpieces are each attached or clamped to a pallet. When processing the workpieces at the setup station and in the work area, the workpiece remains arranged in the same position on the assigned pallet. The pallet is set up for transporting and/or holding or clamping the workpieces.
Die Werkstückwechseleinrichtung kann als sogenannter Palettenwechsler ausgestaltet sein. Die Werkstückwechseleinrichtung kann wenigstens einen und vorzugsweise zwei Palettengreifer aufweisen. Die Palettengreifer sind dazu eingerichtet, zum Transport der Werkstücke an der Palette anzugreifen.The workpiece changing device can be designed as a so-called pallet changer. The workpiece changing device can have at least one and preferably two pallet grippers. The pallet grippers are designed to attack the pallet to transport the workpieces.
Die Werkstückhalterung am Rüstplatz und die Spanneinrichtung sind bei einem Ausführungsbeispiel unterschiedlich ausgeführt. Insbesondere kann die Spanneinrichtung in zumindest einem Freiheitsgrad bewegbar sein, in dem die Werkstückhalterung unbeweglich ist und/oder die Werkstückhalterung in zumindest einem Freiheitsgrad bewegbar sein, in dem die Spanneinrichtung unbeweglich ist. Die Lagerungs- und Positioniergenauigkeit des Werkstücks mittels der Spanneinrichtung kann größer sein als mittels der Werkstückhalterung. Dadurch kann die Bewegbarkeit und/oder Ausführung der Werkstückhalterung auf die für die Bearbeitung durch den Roboterarm erforderliche Genauigkeit beschränkt sein, was die Kosten für die Werkstückhalterung im Vergleich zur hochgenauen Lagerung und Positionierung des Werkstücks mittels der Spanneinrichtung im Arbeitsraum reduziert. Es ist aber auch möglich, die Lagerungs- und Positioniergenauigkeit des Werkstücks mittels der Werkstückhalterung ebenfalls sehr präzise auszuführen. Dann können mittels besonders präzisen Robotern auch auf dem Rüstplatz Bearbeitungen mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.The workpiece holder at the setup station and the clamping device are designed differently in one exemplary embodiment. In particular, the clamping device can be movable in at least one degree of freedom in which the workpiece holder is immovable and/or the workpiece holder can be movable in at least one degree of freedom in which the clamping device is immovable. The storage and positioning accuracy of the workpiece using the clamping device can be greater than using the workpiece holder. As a result, the mobility and/or design of the workpiece holder can be limited to the accuracy required for processing by the robot arm, which reduces the costs for the workpiece holder compared to the highly precise storage and positioning of the workpiece by means of the clamping device in the workspace. However, it is also possible to carry out the storage and positioning accuracy of the workpiece very precisely using the workpiece holder. Processing can then be carried out with high precision at the setup station using particularly precise robots.
Es ist bevorzugt, wenn der Roboterarm auf einem Sockel benachbart zum Maschinenbett der Werkzeugmaschine an einem Untergrund angeordnet ist. Dadurch kann der Roboterarm vom Maschinenbett entkoppelt werden. Wenn der Roboterarm während der Hauptzeit eine Bearbeitung des Werkstücks am Rüstplatz vornimmt, können durch Beschleunigungen bei der Bewegung des Roboterarms Schwingungen auftreten. Die Schwingungen werden über den Sockel in den Untergrund und nicht direkt in das Maschinenbett eingeleitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Genauigkeit der Werkstückbearbeitung im Arbeitsraum durch die wenigstens eine Maschinenspindel nicht durch Schwingungseinleitungen aufgrund der Roboterbewegung beeinträchtigt wird.It is preferred if the robot arm is arranged on a base on a base adjacent to the machine bed of the machine tool. This allows the robot arm to be decoupled from the machine bed. If the robot arm is processing the workpiece at the setup station during main time, vibrations can occur due to accelerations during the movement of the robot arm. The vibrations are introduced into the subsurface via the base and not directly into the machine bed. This can ensure that the accuracy of the workpiece machining in the workspace by the at least one machine spindle is not impaired by vibrations introduced due to the robot movement.
Es ist vorteilhaft, wenn die Anzahl der Freiheitsgrade des Roboterarms für die Bewegung seines freien Endes höher ist als die Anzahl der Freiheitsgrade im Arbeitsraum, mit denen die Werkzeugspindel, und damit das Bearbeitungswerkzeug, relativ zum Werkstück bewegbar und positionierbar ist. Dadurch ist es möglich, Werkstückbearbeitungen am Rüstplatz vorzunehmen, die aufgrund der weniger bewegbaren Werkzeugspindel im Arbeitsraum nicht durchgeführt werden können. Beispielsweise kann das Werkstück an einer oder mehreren Seiten bearbeitet werden, die durch die Werkzeugspindel nicht zugänglich sind.It is advantageous if the number of degrees of freedom of the robot arm for the movement of its free end is higher than the number of degrees of freedom in the work space with which the tool spindle, and thus the machining tool, can be moved and positioned relative to the workpiece. This makes it possible to carry out workpiece processing at the setup station, which cannot be carried out due to the less movable tool spindle in the work area. For example, the workpiece can be machined on one or more sides that are not accessible by the tool spindle.
Die Werkzeugaufnahme des Roboterarms kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Standardschnittstelle für auswechselbare Werkzeuge aufweisen. Beispielsweise kann die Standardschnittstelle zur Aufnahme von Werkzeugen mit einem Hohlschaftkegel (HSK) eingerichtet sein.In one embodiment, the tool holder of the robot arm can have a standard interface for interchangeable tools. For example, the standard interface be set up to hold tools with a hollow shank taper (HSK).
Am Rüstplatz ist vorzugsweise ein Werkzeugmagazin mit mehreren Werkzeugen für den Roboterarm angeordnet. Die Werkzeuge können durch den Roboterarm eigenständig im Werkzeugmagazin abgelegt bzw. aus dem Werkzeugmagazin aufgenommen werden. Das Werkzeugmagazin ist vorzugsweise gegenüber dem Maschinenbett oder dem Sockel des Roboterarms unbeweglich angeordnet. Das Werkzeugmagazin kann entfallen, wenn der Roboterarm lediglich eine bestimmte Tätigkeit ausführt und kein Werkzeugwechsel notwendig ist.A tool magazine with several tools for the robot arm is preferably arranged at the setup station. The tools can be stored independently in the tool magazine or picked up from the tool magazine by the robot arm. The tool magazine is preferably arranged immovably relative to the machine bed or the base of the robot arm. The tool magazine can be omitted if the robot arm only carries out a specific activity and no tool change is necessary.
Es versteht sich, dass einem Rüstplatz auch mehr als ein Roboterarm zugeordnet werden kann. Es ist dabei auch möglich, mehreren Roboterarmen dasselbe Werkzeugmagazin zuzuordnen. Alternativ kann für jeden Roboterarm auch ein separates Werkzeugmagazin vorhanden sein.It goes without saying that more than one robot arm can be assigned to a setup station. It is also possible to assign the same tool magazine to several robot arms. Alternatively, there can be a separate tool magazine for each robot arm.
Es ist bevorzugt, wenn die Werkzeugmaschine eine Maschinenaußenwand aufweist, die sowohl den Arbeitsraum, als auch den Rüstplatz umgibt. Die Maschinenaußenwand umgibt somit auch den Roboterarm, so dass die Arbeitssicherheit auch am Rüstplatz gewährleistet ist. Eine separate Einhausung einer Bearbeitungszelle, die zu der Werkzeugmaschine vor- oder nachgelagert ist, kann entfallen.It is preferred if the machine tool has an outer machine wall that surrounds both the work area and the setup area. The outer machine wall therefore also surrounds the robot arm, so that occupational safety is also guaranteed at the setup station. A separate enclosure for a processing cell that is located upstream or downstream of the machine tool can be omitted.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn in der Maschinenaußenwand eine Werkstücktransportöffnung für den Transport von Werkstücken zum und/oder vom Rüstplatz vorhanden ist. Vorteilhafterweise kann die Werkstücktransportöffnung die einzige Öffnung sein, die für das Fördern von Werkstücken in bzw. aus der Werkzeugmaschine eingerichtet ist. Innerhalb der Werkzeugmaschine findet der Werkstücktransfer zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum durch die Werkstückwechseleinrichtung statt. Eine direkte Zufuhr oder Abfuhr von Werkstücken von außen in den Arbeitsraum bzw. aus dem Arbeitsraum nach außen kann entfallen.It is also advantageous if there is a workpiece transport opening in the outer wall of the machine for transporting workpieces to and/or from the setup station. Advantageously, the workpiece transport opening can be the only opening that is set up for conveying workpieces into and out of the machine tool. Within the machine tool, the workpiece transfer takes place between the setup station and the work area through the workpiece changing device. There is no need to feed or remove workpieces directly from the outside into the work area or from the work area to the outside.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Werkzeugmaschine eine Abfuhreinrichtung für Späne und/oder Kühlmittel aufweist. Diese Abfuhreinrichtung ist derart ausgestaltet, dass Späne und/oder Kühlmittel sowohl aus dem Arbeitsraum, als auch vom Rüstplatz aus der Werkzeugmaschine abgeleitet werden können, insbesondere über einen gemeinsamen Schacht oder Kanal. Dadurch wird eine sehr einfache Ausgestaltung erreicht und Kosten gegenüber separaten Bearbeitungszellen reduziert.It is also advantageous if the machine tool has a removal device for chips and/or coolant. This removal device is designed in such a way that chips and/or coolant can be drained from the machine tool both from the work area and from the set-up area, in particular via a common shaft or channel. This results in a very simple design and reduces costs compared to separate processing cells.
Die Werkzeugmaschine kann wie folgt betrieben werden:The machine tool can be operated as follows:
Zunächst wird ein zu bearbeitendes Werkstück beispielsweise vom Rüstplatz aus über die Werkstückwechseleinrichtung oder durch eine andere Beladungseinrichtung (z.B. einen Portalförderer) direkt in den Arbeitsraum transportiert. Ein anderes Werkstück wird zum Rüstplatz transportiert, beispielsweise kann ein bereits bearbeitetes Werkstück mittels der Werkstückwechseleinrichtung aus dem Arbeitsraum zurück zum Rüstplatz transportiert werden. Vorzugsweise kann ein gleichzeitiger Werkstückwechsel zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum erfolgen. Anschließend wird das im Arbeitsraum angeordnete und aufgespannte Werkstück während einer Hauptzeit mittels der wenigstens einen Werkzeugspindel bearbeitet. Während dieser Hauptzeit wird das am Rüstplatz vorhandene Werkstück mittels des Roboterarms bearbeitet. Bei diesem anderen Werkstück kann es sich um das zuvor im Arbeitsraum bearbeitete Werkstück handeln. Es ist auch möglich, das im Arbeitsraum bearbeitete Werkstück ohne weitere Nachbearbeitung aus der Werkzeugmaschine abzutransportieren und ein noch zu bearbeitendes Werkstück dem Rüstplatz zuzuführen und dieses noch zu bearbeitende Werkstück während der Hauptzeit am Rüstplatz zu bearbeiten.First, a workpiece to be processed is transported, for example, from the setup station via the workpiece changing device or by another loading device (e.g. a portal conveyor) directly into the work area. Another workpiece is transported to the setup station; for example, an already processed workpiece can be transported from the work area back to the setup station using the workpiece changing device. Preferably, a simultaneous workpiece change can take place between the setup station and the work area. The workpiece arranged and clamped in the work area is then processed during a main time using the at least one tool spindle. During this main time, the workpiece at the setup station is processed using the robot arm. This other workpiece can be the workpiece previously machined in the workspace. It is also possible to transport the workpiece machined in the work area out of the machine tool without further post-processing and to feed a workpiece that is still to be machined to the setup station and to machine this workpiece that is still to be machined during the main time at the setup station.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Werkzeugmaschine und des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:Advantageous configurations of the machine tool and the method result from the dependent claims, the description and the drawings. Preferred exemplary embodiments of the invention are explained in detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
In den
Die Werkzeugmaschine 10 weist außerdem mehrere von einer Steuereinrichtung 18 ansteuerbare Maschinenachsen 19 auf. Die Maschinenachsen 19 der Werkzeugmaschine sind jeweils als translatorische oder rotatorische Maschinenachsen 19 ausgeführt. Die Anzahl der Maschinenachsen 19 kann abhängig von der Ausgestaltung der Werkzeugmaschine 10 variieren. Einige der Maschinenachsen 19 sind im Arbeitsraum 13 angeordnet und dazu eingerichtet, die Spanneinrichtung 15 und die wenigstens eine Werkzeugspindel 16 im Arbeitsraum 13 relativ zueinander zu bewegen und/oder auszurichten. Insbesondere ist die Achsanordnung mit der wenigstens einen Maschinenachse 19 sowohl zur Bewegung der Spanneinrichtung 15 relativ zum Maschinenbett 11, als auch zur Bewegung der Werkzeugspindel 16 relativ zum Maschinenbett 11 eingerichtet. Die genaue Achsanordnung hängt von der Ausgestaltung der Werkzeugmaschine 10 ab.The
Die Werkzeugmaschine 10 weist beim Ausführungsbeispiel außerdem einen Rüstplatz 25 auf. Der Rüstplatz 25 ist vom Arbeitsraum 13 durch eine Trennwand 26 abgetrennt. Der Rüstplatz 25 sowie der Arbeitsraum 13 der Werkzeugmaschine 10 sind durch eine ringsum laufende Maschinenaußenwand 27 umschlossen.In the exemplary embodiment, the
Am Rüstplatz 25 ist eine Werkstückhalterung 28 zum Halten eines Werkstücks 14 am Rüstplatz 25 angeordnet.A
Beim Ausführungsbeispiel sind die Werkstücke 14 jeweils auf einer Palette 29 befestigt und werden gemeinsam mit der Palette 29 bzw. unter Verwendung der Palette 29 transportiert und am Rüstplatz 25 in der Werkstückhalterung 28 gehalten und in der Spanneinrichtung 15 im Arbeitsraum 13 gespannt. Am Rüstplatz 25 wird ein Werkstück 14 für die Bearbeitung im Arbeitsraum 13 bereitgestellt.In the exemplary embodiment, the
Die Werkzeugmaschine 10 weist eine Werkstückwechseleinrichtung 33 auf, die zwischen dem Rüstplatz 25 und dem Arbeitsraum 13 angeordnet ist und beim Ausführungsbeispiel teilweise in den Arbeitsraum 13 und teilweise in den Rüstplatz 25 hineinragt. Die Werkstückwechseleinrichtung 33 ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Bereich der Trennwand 26 angeordnet. Mittels der Werkstückwechseleinrichtung 33 kann ein Werkstück 14 vom Rüstplatz 25 in den Arbeitsraum 13 hinein und/oder vom Arbeitsraum 13 zum Rüstplatz 25 transportiert werden. Die Werkstückwechseleinrichtung 33 ist beispielsgemäß derart ausgestaltet, dass ein am Rüstplatz 25 vorhandenes Werkstück 14 von der Werkstückhalterung 28 übernommen und in den Arbeitsraum 13 transportiert werden kann und/oder dass ein bearbeitetes Werkstück 14 von der Spanneinrichtung 15 übernommen und aus dem Arbeitsraum 13 zurück zum Rüstplatz 25 transportiert werden kann.The
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel hat die Werkstückwechseleinrichtung 33 zwei Palettengreifer 34, wobei in der Ausgangsstellung ein Palettengreifer 34 am Rüstplatz 25 und der jeweils andere Palettengreifer 34 im Arbeitsraum 13 unmittelbar benachbart zur Trennwand 26 angeordnet sind. Die Palettengreifer 34 sind dazu eingerichtet, eine Palette 29 mit dem darauf angeordneten Werkstück 14 aufzunehmen. Die Werkstückwechseleinrichtung 33 ist beispielsgemäß um eine Schwenkachse S schwenkbar, die parallel zur oder in der Ebene der Trennwand 26 angeordnet ist. Die Palettengreifer 34 sind bezüglich der Ebene, in der sich die Schwenkachse S erstreckt, auf entgegengesetzten Seiten angeordnet. Durch eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse S können die Palettengreifer 34 ihre Plätze tauschen, so dass der zuvor am Rüstplatz 25 angeordnete Palettengreifer 34 anschließend im Arbeitsraum 13 angeordnet ist und umgekehrt. Wenn einer oder beide Palettengreifer 34 eine Palette 29 mit einem Werkstück 14 übernehmen (
Mittels wenigstens einer Maschinenachse 19 ist die Werkstückhalterung 28 um eine Drehachse D drehbar. Dadurch ist es möglich ein in der Werkstückhalterung 28 angeordnetes Werkstück 14 drehend um die Drehachse D anzutreiben und dabei zu bearbeiten, wie es nachfolgend noch genauer erläutert wird. Die Drehachse kann beispielsweise vertikal ausgerichtet sein.The
Ein Trennwandabschnitt 26a der Trennwand 26 ist beispielsgemäß mit der Werkstückwechseleinrichtung 33 verbunden. Bei der Drehung der Werkstückwechseleinrichtung 33 um die Schwenkachse S dreht sich der Trennwandabschnitt 26a mit. Dadurch wird eine Art Drehtür in der Trennwand 26 ausgebildet, so dass eine Palette 29 mit einem Werkstück 14 zwischen dem Rüstplatz 25 und dem Arbeitsraum 13 gefördert werden kann.A
Die Steuereinrichtung 18 steuert neben den Maschinenachsen 19 auch die Bewegung der Werkstückwechseleinrichtung 33.In addition to the machine axes 19, the
In der Maschinenaußenwand 27 ist beispielsgemäß eine Werkstücktransportöffnung 35 vorhanden. Durch die Werkstücktransportöffnung 35 kann eine Palette 29 mit einem Werkstück 14 zum Rüstplatz 25 zugeführt werden und ein am Rüstplatz 25 angeordnetes Werkstück 14 aus der Werkzeugmaschine 10 herausgefördert werden, was schematisch in
Die Werkstücktransportöffnung 35 ist vorzugsweise über eine Tür, Klappe oder dergleichen verschließbar. Während der Bearbeitung ist die Werkstücktransportöffnung 35 geschlossen. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann die Werkstücktransportöffnung 35 derart angeordnet sein, dass ein linearer Transport der Werkstücke 14 durch die Werkstücktransportöffnung 35 zur Werkstückhalterung 28 und von der Werkstückhalterung 28 zur Werkstückwechseleinrichtung 33 möglich ist.The
Alternativ können Werkstücke 14 auch über eine Portalförderung von oben zum Rüstplatz 25 hin bzw. vom Rüstplatz 25 weg gefördert werden. Bei dieser Variante werden häufig nur die Werkstücke 14 ohne Palette 29 gefördert. Das Werkstück 14 wird dann von dem Portalförderer auf die Palette 29 abgelegt bzw. von dieser entnommen.Alternatively,
Am Rüstplatz 25 ist innerhalb der Maschinenaußenwand 27 ein Roboterarm 40 angeordnet. Der Roboterarm ist mit einem Ende auf einem Sockel 41 angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel steht der Sockel 41 auf dem Untergrund 12. Dies ist dann vorteilhaft, wenn aufgrund der Masse, der Kräfte und der Beschleunigungen beim Bewegen des Roboterarms 40 Schwingungen in die Werkzeugmaschine 10 bzw. das Maschinenbett 11 eingekoppelt werden könnten. Sollte aufgrund der Ausführung und der Ansteuerung der Bewegung des Roboterarms 40 eine solche Einkopplung von Schwingungen in das Maschinenbett 11 unkritisch sein, könnte der Roboterarm 40 auch am Maschinenbett 11 oder einem anderen Teil der Werkzeugmaschine 10 angebracht werden.At the
Ausgehend von dem Sockel 41 erstreckt sich der Roboterarm 40 bis zu einem freien Ende 42 hin. An dem freien Ende 42 weist der Roboterarm 40 eine Werkzeugaufnahme 43 für unterschiedliche Werkzeuge 44 auf. Die Werkzeugaufnahme 43 kann eine Standardschnittstelle sein, wie z.B. eine zur Aufnahme von Hohlschaftkegeln (HSK) ausgestaltete Werkzeugaufnahme 43.Starting from the
Zwischen der Werkzeugaufnahme 43 und dem Sockel 41 weist der Roboterarm 40 mehrere Glieder 45 auf, wobei jeweils zwei benachbarte Glieder 45 drehbar bzw. schwenkbar miteinander verbunden sind. Der Roboterarm 40 weist mehrere Roboterachsen R auf, die jeweils einen Freiheitsgrad bei der Bewegung bzw. Positionierung des freien Endes 42 und mithin eines in der Werkzeugaufnahme 43 gehaltenen Werkzeugs 44 im Raum und beispielsgemäß am Rüstplatz 25 darstellen. Bei dem in
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Freiheitsgrade, in denen das freie Ende 42 des Roboterarms 40 bewegbar bzw. positionierbar ist, größer sein als die Anzahl der Freiheitsgrade, mit denen die wenigstens eine Werkzeugspindel 16, und damit das Bearbeitungswerkzeug 17, relativ zum Werkstück 14 bewegbar und positionierbar ist.In one exemplary embodiment, the number of degrees of freedom in which the
Der Roboterarm 40 kann während der Hauptzeit, also während der Bearbeitung eines Werkstücks 14 durch die wenigstens eine Werkzeugspindel 16 im Arbeitsraum 13, ein am Rüstplatz in der Werkstückhalterung 28 angeordnetes Werkstück 14 bearbeiten. Unter der Bearbeitung ist eine spanende und/oder eine nicht spanende Bearbeitung, eine Prüfung oder Messung oder eine sonstige Tätigkeit zu verstehen, die der Roboterarm 40 unter Verwendung eines Werkzeugs 44 am Werkstück 14 ausführen kann. Beispielsweise kann der Roboterarm 40 wenigstens eine Dimension des Werkstücks 14 messen, ein Werkstück 14 markieren, beispielsweise mittels eines Lasers, ein Werkstück 14 reinigen, beispielsweise mittels eines Fluids, wie Druckluft oder einer Spülflüssigkeit, oder ein Werkstück 14 spanend bearbeiten, beispielsweise durch Bohren oder Fräsen oder dergleichen.The
Mittels eines Werkzeugs zur additiven Herstellung, beispielsweise eines Laserschweißkopfes 51, kann der Roboterarm 40 auch Material auf das Werkstück 14 auftragen und mit dem Werkstück 14 stoffschlüssig verbinden. Hierzu kann dem Werkzeug 44 entsprechendes Material, insbesondere metallisches Material oder Kunststoffmaterial, zugeführt werden. Am Rüstplatz ist eine Laserquelle 52 sowie eine Materialzufuhr 53 zum Zuführen des aufzutragenden Materials zum Laserschweißkopf 51 vorhanden. Die Laserquelle 52 und die Materialzufuhr 53 sind vorzugsweise nahe an der Werkstückhalterung 28 angeordnet, um die Zufuhrleitungen möglichst kurz ausführen zu können.Using a tool for additive manufacturing, for example a
Ist der Roboterarm 40 am Rüstplatz 25 zum additiven Auftragen von Material auf das Werkstück 14 eingerichtet, kann die Anzahl der Varianten eines Basisteils, beispielsweise eines Gussteils, reduziert werden. Es ist möglich, ein Gussteil identisch für mehrere Werkstückvarianten zu gießen und/oder mit anderen Verfahren zu formen oder herzustellen und sich unterscheidende Ausprägungsmerkmale der Varianten zumindest auch durch das additive Auftragen von Material zu erzeugen. Dadurch können Werkzeugkosten, insbesondere für das Gusswerkzeug, eingespart werden.If the
Der Roboterarm 40 kann z.B. dazu eingerichtet sein, einen oder mehrere Grate am Werkstück 14 zu entfernen, die durch einen vorherigen Arbeitsschritt entstanden sind. Der Roboterarm 40 kann optional auch dazu eingerichtet sein, den Rüstplatz 25 oder Teile davon zu reinigen, beispielsweise die Werkstückhalterung 28 oder das Werkstück 14. Dadurch können Späne oder Kühlmittelreste entfernt werden, um ein möglichst exaktes Anordnen des Werkstücks 14 in der Werkstückhalterung 28 zu ermöglichen.The
Am Rüstplatz 25 kann innerhalb der Maschinenaußenwand 27 ein Werkzeugmagazin 46 mit mehreren Werkzeugen 44 für den Roboterarm 40 angeordnet sein. Das Werkzeugmagazin 46 ist vorzugsweise unbeweglich am Rüstplatz 25 angeordnet. Der Roboterarm 40 ist dazu eingerichtet, ein Werkzeug 44 aus dem Werkzeugmagazin 46 aufzunehmen bzw. ein in der Werkzeugaufnahme 43 angeordnetes Werkzeug 44 im Werkzeugmagazin 46 abzulegen. Dadurch ist es möglich, unterschiedliche Bearbeitungen während der Hauptzeit am Rüstplatz 25 auszuführen. Abhängig von der auszuführenden Aufgabe, kann der Roboterarm das geeignete Werkzeug 44 aufnehmen, beispielsweise eine Blasdüse oder eine Spüldüse zum Reinigen, ein Laserwerkzeug zum Markieren eines Werkstücks, ein zum Materialabtrag verwendbares Rotationswerkzeug, ein Mess- oder Prüfwerkzeug, usw.At the
Der Roboterarm 40 und der Arbeitsablauf im Arbeitsraum 13 werden durch die gemeinsame Steuereinrichtung 18 gesteuert. Die gesamte Werkzeugmaschine 10 einschließlich des Roboterarms 40 werden über eine gemeinsame Versorgung 47 mit elektrischer Energie und optional weiteren benötigten Fluiden versorgt, wie Kühlmittel und/oder Schmiermittel und/oder Druckluft und/oder Hydraulikflüssigkeit. Da die Versorgung 47 für die Werkzeugmaschine 10 und die Bearbeitung des Werkstücks 14 im Arbeitsraum 13 ohnehin vorhanden ist, kann die Versorgung 47 mit geringem Aufwand auch gleichzeitig für den Rüstplatz 25 und insbesondere die Werkstückhalterung 28 und den Roboterarm 40 verwendet werden. Die von der Werkzeugmaschine 10 benötigte Aufstellfläche wird gegenüber einer Ausführung der Werkzeugmaschine 10 ohne Roboterarm 40 nur geringfügig vergrößert. Die Effizienz der Werkzeugmaschine 10 wird demgegenüber deutlich gesteigert, da während der Hauptzeit am Rüstplatz 25 Arbeitsschritte durch den Roboterarm 40 vorgenommen werden können, für deren Durchführung nicht unbedingt eine hochgenaue und leistungsfähige Werkzeugspindel 16 erforderlich ist. Dadurch kann die wertvolle Hauptzeit für die Arbeiten am Werkstück 14 reserviert werden, die eine hohe Genauigkeit und/oder eine hohe Abtragsleistung benötigen. Weniger komplexe Aufgaben mit geringeren Genauigkeitsanforderungen, wie z.B. das Entgraten, das Reinigen, das Schneiden von Gewinden, usw. können während der Hauptzeit parallel zur Bearbeitung eines Werkstücks 14 im Arbeitsraum 13 an einem weiteren Werkstück 14 am Rüstplatz 25 ausgeführt werden.The
Zumindest eines der Werkzeuge 44 für den Roboterarm 40 kann als Messwerkzeug 44a ausgeführt sein. Der Roboterarm 40 kann das Messwerkzeug 44a aufnehmen, und nach dem Anordnen einer Palette 29 mit einem Werkstück 14 in der Werkstückhalterung 28 kann der Roboterarm 40 eine oder mehrere Stellen an der Palette 29 und/oder dem Werkstück 14 berührend oder berührungslos messen, um die Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks 14 in einem Koordinatensystem des Roboterarms 40 zu erfassen. Im Anschluss daran kann eine Bearbeitung des Werkstücks 14 am Rüstplatz 25 erfolgen. Dadurch kann die Genauigkeit bei der Bearbeitung eines Werkstücks 14 am Rüstplatz 25 mittels des Roboterarms 40 erhöht werden.At least one of the
Wie es stark schematisiert in den
Zumindest ein Teil der in der Steuereinrichtung 18 implementierten Funktionen F kann für die Steuerung und/oder Überwachung des Betriebs des Roboterarms 40 verwendet werden. Dies betrifft insbesondere Sicherheitsfunktionen zur Herstellung der Arbeitssicherheit am Rüstplatz. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 18 dazu eingerichtet sein, ein Sensorsignal U wenigstens eines Sensors 55 abzufragen, der einen Zustand der Werkzeugmaschine 10 charakterisiert. Beispielsweise kann der Sensor 55 einer Klappe oder Tür an der Werkstücktransportöffnung 35 zugeordnet sein und deren Zustand mittels des Sensorsignals U an die Steuereinrichtung 18 übermitteln. Bei geöffneter Werkstücktransportöffnung 25 kann das Bewegen des Roboterarms 40 und/oder der Werkstückhalterung 28 und das Bearbeiten des Werkstücks 14 mittels des Werkzeugs 44 des Roboterarms 40 gestoppt oder unterbunden werden. Während der Bearbeitung des Werkstücks 14 am Rüstplatz 25 oder der Bewegung der Werkstückhalterung 28 oder des Roboterarms 40 kann beispielsweise eine Tür oder Klappe an der Werkstücktransportöffnung 35 durch die Steuereinrichtung 18 verriegelt werden. Analog hierzu können auch andere Zugangsöffnungen in den von der Maschinenaußenwand 27 umfassten Bereich, also den Arbeitsraum 13 und den Rüstplatz 25 überwacht und gesichert werden.At least some of the functions F implemented in the
Die wenigstens eine übergeordnete Funktion F kann auch eine Funktion zur Sicherstellung der Kollisionsfreiheit sein. Eine solche Funktion F ist ohnehin für die mittels der wenigstens einen Maschinenachse 19 bewegbaren Maschinenteile vorhanden und kann auch für die Bewegung der Werkstückhalterung 28 bzw. die Bewegung des Roboterarms 40 verwendet werden.The at least one higher-level function F can also be a function to ensure freedom from collisions. Such a function F is available anyway for the machine parts that can be moved by means of the at least one
Außerdem kann die Steuereinrichtung 18 eine übergeordnete Funktion F bereitstellen, die die Bewegungskoordinaten und/oder Bewegungsbahn zur Bewegung des Werkzeugs 44 mittels des Roboterarms 40 und/oder die Geschwindigkeit der Bewegung und/oder die Ausrichtung des Werkzeugs 44 vorgeben. Die Ansteuerung der Roboterachsantriebe zur Bewegung der einzelnen Glieder 45 kann auch von der Steuereinrichtung 18 übernommen werden, wobei die Ansteuerung der einzelnen Roboterachsantriebe auch durch eine separate Robotersteuereinheit 56 erfolgen kann, die sozusagen eine unterlagerte Steuerung oder Regelung des Roboterarms 40 ausführt.In addition, the
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine 10 und ein Verfahren zu deren Betrieb. Die Werkzeugmaschine 10 weist einen Arbeitsraum 13 mit wenigstens einer Werkzeugspindel 16 und einer Spanneinrichtung 15 für ein Werkstück 14 auf. In dem Arbeitsraum 13 kann ein Werkstück 14 während einer Hauptzeit bearbeitet werden. Getrennt durch eine Trennwand 26 von dem Arbeitsraum 13 ist unmittelbar angrenzend ein Rüstplatz 25 mit einer Werkstückhalterung 28 vorhanden. Über eine Werkstückwechseleinrichtung 33 können Werkstücke 14 zwischen dem Arbeitsraum 13 und dem Rüstplatz 25 transportiert werden. Am Rüstplatz 25 ist ein Roboterarm 40 angeordnet, der während der Hauptzeit ein am Rüstplatz 25 vorhandenes Werkstück bearbeiten kann. Der Arbeitsraum 13, der Rüstplatz 25 und der Roboterarm 40 sind bevorzugt von einer gemeinsamen äußeren Maschinenaußenwand 27 umschlossen. Der Roboterarm 40 sowie Maschinenachsen 19 im Arbeitsraum 13 werden durch eine gemeinsame Steuereinrichtung 18 der Werkzeugmaschine 10 gesteuert.The invention relates to a
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 1010
- Werkzeugmaschinemachine tool
- 1111
- MaschinenbettMachine bed
- 1212
- Untergrundunderground
- 1313
- Arbeitsraumworking space
- 1414
- Werkstückworkpiece
- 1515
- SpanneinrichtungClamping device
- 1616
- Werkzeugspindeltool spindle
- 1717
- BearbeitungswerkzeugEditing tool
- 1818
- SteuereinrichtungControl device
- 1919
- MaschinenachseMachine axis
- 2020
- Arbeitsraum-Werkzeugmagazin Workspace tool magazine
- 2525
- RüstplatzPreparation area
- 2626
- Trennwandpartition wall
- 26a26a
- TrennwandabschnittPartition section
- 2727
- MaschinenaußenwandMachine outer wall
- 2828
- WerkstückhalterungWorkpiece holder
- 2929
- Palette palette
- 3333
- WerkstückwechseleinrichtungWorkpiece changing device
- 3434
- PalettengreiferPallet gripper
- 3535
- Werkstücktransportöffnung Workpiece transport opening
- 4040
- RoboterarmRobot arm
- 4141
- Sockelbase
- 4242
- freies Ende des Roboterarmsfree end of the robot arm
- 4343
- WerkzeugaufnahmeTool holder
- 4444
- WerkzeugTool
- 44a44a
- MesswerkzeugMeasuring tool
- 4545
- Gliedelement
- 4646
- WerkzeugmagazinTool magazine
- 4747
- Versorgungcare
- 4848
- Abfuhreinrichtungremoval facility
- 4949
- Abfuhrkanaldischarge channel
- 5050
- AbsaugeinrichtungSuction device
- 5151
- LaserschweißkopfLaser welding head
- 5252
- LaserquelleLaser source
- 5353
- Materialzufuhr Material supply
- 5555
- Sensorsensor
- 5656
- Robotersteuereinheit Robot control unit
- DD
- DrehachseAxis of rotation
- FF
- übergeordnete Funktionhigher-level function
- RR
- RoboterachseRobot axis
- SS
- SchwenkachsePivot axis
- UU
- SensorsignalSensor signal
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-
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