CH675093A5 - Handling workpieces and machining tools - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Handhabung von Werkstücken und zu deren Bearbeitung benötigten Werkzeugen an Werkzeugmaschinen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 7. 



  Bei der Metallbearbeitung ist es bekannt, die zu bearbeitenden Werkstücke mittels einer Transferstrasse zunächst der ersten einer Anzahl hintereinander aufgestellter, eine Produktionslinie bildender Werkzeugmaschinen zuzuführen und die Bearbeitungsgänge an den nachfolgenden Werkzeugmaschinen der Reihe nach durchlaufen zu lassen. Diese Methode bedingt die Zuordnung je eines Pufferspeichers zu jeder Werkzeugmaschine, die mit geeigneten Vorrichtungen zum Transport unbearbeiteter Werkstücke von einem ständig  fortschreitenden Fördermittel über den Pufferspeicher zur Werkzeugmaschine und zum Rücktransport der Werkstücke auf das Fördermittel nach jedem vollzogenen Bearbeitungsgang ausgerüstet sein müssen. 



  Dieser komplexen Anlage mangelt es damit an Flexibilität hinsichtlich eines frei wählbaren Bearbeitungsprogrammes mit beliebiger zeitlicher Reihenfolge der einzelnen Operationen. Mit anderen Worten ist durch Anordnung der Werkzeugmaschinen auch das Bearbeitungsprogramm festgelegt, und jede gewünschte Programmänderung würde eine aufwendige Umstellung der Produktionslinie erfordern. Auch Höhenunterschiede zwischen den einzelnen Werkzeugmaschinen können den Aufbau der Anlage schwierig gestalten. Das Errichten eines eigentlichen Vorratslagers ist im Bereich der Produktionslinie nicht möglich.

  Wegen der Gefahr einer Staubildung muss das Fördermittel mit einer im Hinblick auf die individuelle Bearbeitungszeit an den einzelnen Werkzeugmaschinen optimierten Vorschubgeschwindigkeit bewegt werden, so dass sowohl zeitaufwendige als auch sehr schnell ablaufende Bearbeitungsprozesse Schwierigkeiten bereiten. 



  Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren und die Anlage der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, dass Änderungen im Bearbeitungsprogramm ohne Umstellung der Produktionslinie ermöglicht werden. 



  Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 und hinsichtlich der Anlage durch die Merkmale des Kennzeichenteiles des Anspruches 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 und 8 bis 15 zu entnehmen. 



  Durch Zusammenlegen von Produktions- und Lagerstätte lässt sich eine bedeutende Vereinfachung der Logistik für den Herstellungsprozess und somit auch eine Beschleunigung und Verbilligung der Bearbeitung von Werkstücken erreichen. Bei bester Übersicht über die eingelagerten Werkstücke und Werkzeuge sowie praktisch sofortiger Verfügbarkeit derselben kann ohne Änderung des Standortes der Werkzeugmaschinen eine im wesentlichen beliebige Variabilität des Bearbeitungsprogrammes sichergestellt werden. 



  Folgend aus dieser Auslegung werden Pufferspeicher und individuelle Handhabungsvorrichtungen an den einzelnen Werkzeugmaschinen nicht mehr benötigt und auch die Höhendifferenzen zwischen letzteren ist belanglos. Es können auch in der Linienführung der mit dem Vorratslager ausgestatteten Anlage problemlos Richtungsänderungen -entsprechend etwa den örtlichen Gegebenheiten - vorgenommen werden. 



  Die Erfindung wird beispielsweise anhand einer bevorzugten Ausführungsform gemäss der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: 
 
   Figur 1 den Grundriss einer Anlage gemäss der Erfindung; 
   Figur 2 Vorderansicht eines Querschnittes durch die Anlage nach der Figur 1 in einer dort angedeuteten Schnittebene A-A; 
   Figur 3 schematisch eine erste Art der Arbeitsweise der Anlage nach den Figuren 1 und 2 mit zwei getrennten Bewegungsabläufen ("Zweitakttausch") und 
   Figur 4 das Bewegungsschema bei einer zweiten Art der Wirkungsweise der Anlage gemäss den Figuren 1 und 2 mit einer einzigen Folge von Bewegungsschritten ("Tandemtausch"). 
 



  Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch die erfindungsgemässe Anlage zur Handhabung von Werkstücken WS und zu deren Bearbeitung benötigten Werkzeugen WZ, mit zwei parallelen Produktionsstrassen oder Produktionslinien 1, 2, die je aus einer Anzahl hintereinander positionierter Werkzeugmaschinen 1.1 bis 1.4 und 2.1 bis 2.3 zur Durchführung jeweils einer in einem Programm vorgegebenen Folge von Bearbeitungsgängen bestehen. Die Linienführung der beiden je eine Produktionslinie 1, 2 bildenden Reihen von Werkzeugmaschinen erfährt entsprechend den Platzverhältnissen in der Werkhalle eine Richtungsänderung um 90 Grad nach rechts (vgl. Fig. 1). Zwischen den beiden Produktionslinien 1, 2 und parallel zu denselben ist ein Vorratslager 3 in Form eines massiven Warengestells 3.1 mit einer Anzahl von Fächern 3.2 angeordnet.

  Auf den Fächern 3.2 befindet sich eine Vielzahl zu bearbeitender Werkstücke WS und zu deren Bearbeitung geeigneter, in die Werkzeugmaschinen 1.1 bis 1.4 und 2.1 bis 2.3 einsetzbarer Werkzeuge WZ. Werkstücke WS und Werkzeuge WZ können zu einer einfachen und schnellen Handhabung jeweils auf einer Palette P aufgespannt sein, wobei zur Sicherstellung einer genauen Bearbeitbarkeit der Werkstücke WS deren Positionierung auf der Palette P in bezug auf eine in der ganzen Produktionslinie gleichbleibende Referenz erfolgt. Vorteilhaft wird das für den nächsten Bearbeitungsgang erforderliche Werkzeug WZ zusammen mit dem betreffenden Werkstück WS auf derselben Palette P befestigt. Es wird zweckmässigerweise auf derselben Palette ferner auch ein elektronischer Informationsspeicher für die Bearbeitung des vorliegenden  Werkstückes WS angebracht.

  Zum Zwecke ihrer Handhabung sind die Paletten P an ihren Schmalseiten mit Tragbolzen B für die Greiforgane nachfolgend zu beschreibender Fördereinrichtungen versehen. 



  Es wäre beispielsweise wegen der Platzverhältnisse eine Unterteilung des Vorratslagers 3 quer zur Längsstreckung der Produktionslinie 1, 2 in individuell bedienbare Lagersektionen denkbar. In diesem Falle sollte zu einer abwechslungsweise durchführbaren Bedienung jeweils zweier sich längs eines Querganges gegenüberliegender Lagersektionen in jedem Quergang eine weitere Fördereinrichtung 4 vorgesehen werden. 



   An beiden Längsseiten des Vorratslagers, die den Produktionslinien 1 und 2 zugewandt sind und die daher als "Andienungsseiten" angesehen werden, ist jeweils eine Fördereinrichtung vorgesehen. Beide Fördereinrichtungen sind an Schienen 4.1 und 4.2 geführt und längs dieser Schienen in Richtung des Doppelpfeiles x der Figur 1 bewegbar. Die Schienen 4.1 können dabei an der Decke bzw. Oberseite des Vorratslagers 3 angebracht sein, während die Schienen 4.2 an den Seifenflächen bzw. Seitenwänden des Vorratslagers angebracht sind. Die Fördereinrichtungen 4 laufen mit nicht dargestellten Rollen oder sonstigen Trag- und Leitvorrichtungen längs dieser Schienen 4.1 und 4.2. 



  Jede der Fördereinrichtungen 4 weist je einen senkrecht verfahrbaren Schlitten 4.3 (vgl. auch Doppelpfeil z in Fig. 2) mit je zwei seitlich zur jeweiligen Produktionslinie 1, 2 ausladenden Konsolen 4.4 auf. Auf den letzteren verfahrbar angeordnet ist jeweils eine Laufkatze 4.5 (vgl. Doppelpfeil y in der Fig. 2). An den Laufkatzen 4.5 ist mittels jeweils eines Tragarms 4.6 je eine Doppelgreif zange 4.7 mit zwei Greifarmen 4.8 je Seite aufgehängt. Die Doppelgreifzangen 4.7 sind, wie durch die beiden Ringpfeile s in der Fig. 2 angedeutet, um 360 Grad um die Achse ihrer Tragarme 4.6 drehbar. 



  Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Arbeitsweisen der Erfindung, wobei zur besseren Übersicht lediglich die Arbeitsschritte an der rechtsseitigen Hälfte der Anlage dargestellt sind. Die Arbeitsweise an der linksseitigen Anlagenhälfte ist - mit Ausnahme unterschiedlicher Vorzeichen für die Bewegungsrichtung Y der der rechten Anlagenhälfte gleich. 



  Zunächst wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Die Doppelgreifzange 4.7 auf der rechten Seite des Vorratslagers 3 befindet sich in der Abbildung a der Figur 3 in der Bereitschaftsstellung. Um das in der Werkzeugmaschine 2.2 eingespannte Werkstück WS (unschraffiertes Rechteck in Figur 3) gegen ein noch zu bearbeitendes Werkstück WS (schwarz ausgefülltes Rechteck in Figur 3) aus dem Vorratslager 3 auszutauschen, werden zwei getrennte Folgen von Bewegungsschritten ausgeführt. In einer ersten Folge dieses sogenannten "Zweitaktaustausches", der neun Bewegungsschritte gemäss den Abbildungen a bis d der Figur 3 umfasst, wird das bereits bearbeitete Werkstück WS zunächst der Werkzeugmaschine 2.2 entnommen und in das Vorratslager 3 übergeführt, wie mittels der Pfeile I bis IX in den erwähnten Abbildungen dargestellt ist. 



  In Schritt I wird die Doppelgreifzange 4.7 in Z-Richtung bis auf die Höhe des auf der Maschine 2.2 eingespannten Werkstückes bewegt. In Schritt II wird sie in Y-Richtung zur Maschine hingefahren und ergreift das Werkstück bzw. dessen Palette. Im Schritt III fährt die Doppelgreifzange  nach oben und im Schritt IV in Y-Richtung in eine Mittelstellung. In Schritt V wird die Doppelgreifzange um 180 Grad gedreht. In Schritt VI fährt sie nach oben (in Z-Richtung) bis auf Höhe eines freien Faches des Lagers 3, in welches das bearbeitete Werkstück abgelegt werden soll. In Schritt VII fährt die Doppelgreifzange in dieses Fach hinein. In Schritt VIII wird sie soweit abgesenkt, dass das Werkstück bzw. die Palette auf dem Fachboden abgelegt werden können.

  In Schritt IX fährt die Arbeitszange aus dem Regal heraus (Y-Richtung) bis in eine Stellung, an der sie frei in Z-Richtung verfahren werden kann. Damit ist der erste Arbeitstakt beendet. 



  Unmittelbar an den neunten Bewegungsschritt (Pfeil IX) der ersten Folge schliesst die zweite Folge an, in der ein neues noch unbearbeitetes Werkstück dem Regal entnommen und in die Maschine eingespannt wird, wie aus den Pfeilen X bis XVII in den Abbildungen 3 e bis 3 h gezeigt. 



  In Schritt X fährt die Doppelgreifzange in Z-Richtung in die richtige Regalebene für das neue Werkstück. In Schritt XI fährt sie in Y-Richtung in das Regal hinein. In Schritt XII hebt sie das neue Werkstück vom entsprechenden Regalboden etwas ab (Z-Richtung). In Schritt XIII fährt sie in Y-Richtung aus dem Regal heraus. In Schritt XIV wird sie auf die Ebene der Werkzeugmaschine abgesenkt. In Schritt XV wird sie um 180 Grad gedreht, so dass das Ende der Doppelgreifzange, die das neue Werkstück trägt, zur Maschine hin weist. In Schritt XVI fährt die Doppelgreifzange in Y-Richtung in die Maschine hinein. In Schritt XVII wird das Werkstück auf der Arbeitsfläche der Maschine abgelegt (Absenken Z-Richtung).

  In Schritt XVIII fährt die Doppelgreifzange aus der Maschine heraus, bis in  eine Mittelstellung, in der sie zwischen Regal und Maschine wieder frei verfahrbar ist, worauf sie in Schritt XIX nach oben (Z-Richtung) in eine neutrale Stellung bzw. eine Bereitschaftsstellung gefahren wird. Damit ist der Austausch beendet. 



  Aus dieser Beschreibung ist klar, dass einige dieser Schritte untereinander auch vertauscht werden können. Beispielsweise kann das Drehen des Schrittes V mit Schritt VI vertauscht werden oder auch das Drehen des Schrittes XV mit dem Absenken des Schrittes XIV. 



  In Fig. 4 ist eine andere Arbeitsweise, sogenannter "Tandemtausch" beschrieben, der mit weniger Arbeitsschritten durchgeführt werden kann und daher schneller ist. Dieser Austausch erfolgt gemäss den Abbildungen a bis j der Fig. 4 in einer einzigen Folge von Bewegungsschritten. Hier kommt der Vorteil der Doppelgreifzange zum Tragen, dass sie gleichzeitig zwei Werkstücke oder Paletten halten kann. Im einzelnen holt die Doppelgreifzange 4.7 mit ihren in Fig. 4 linksseitig gezeigten Greifarmen 4.8 ein unbearbeitetes Werkstück aus dem Vorratslager 3 und fährt damit zur Werkzeugmaschine 2.2 (vgl. Pfeile I bis V in den Fig. 4 a bis 4 e).

  Mit ihrer anderen Seite holt dann die Doppelgreifzange 4.7 das fertig bearbeitete Werkstück WS aus der Werkzeugmaschine 2.2 (Pfeile VI und VII in Fig. 4e und führt dann einen Umtausch der beiden Werkstücke durch Drehen der Doppelgreifzange 4.7 um 180 Grad (Ringpfeil VIII in Fig. 4 f) durch. In dieser Phase trägt die Doppelgreifzange also gleichzeitig das neu zu bearbeitende Werkstück und das bereits fertig bearbeitete Werkstück. Nach Ablegen des neu zu bearbeitenden Werkstückes WS in der Werkzeugmaschine 2.2 wird dann das  fertig bearbeitete, entnommene Werkstück im Vorratslager 3 abgelegt (Pfeile XIX bis XIII der Fig. 4 d und 4 h). Abschliessend fährt die Doppelgreifzange wiederum in ihre Bereitschaftsstellung (Pfeile XIII und XIV in Fig. 4 i und 4 j). 



   Die Bewegungsschritte sämtlicher Handhabungsvorrichtungen der Anlage erfolgen jeweils nach einem vorgegebenen Bearbeitungsprogramm. Die Anlage gemäss der Erfindung ermöglicht ein direktes Anfahren jeder Werkzeugmaschine 1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3 der Produktionslinien 1, 2 und jedes der Fächer 3.2 des Vorratslagers 3 auf dem kürzesten Wege praktisch nach jedem beliebigen Bearbeitungsprogramm. Bei Programmänderungen ist keine Änderung der Auslegung der Anlage notwendig. 



   Obwohl in Fig. 3 und 4 nicht ausdrücklich erwähnt, kann je nach Erfordernissen natürlich auch eine Bewegung in X-Richtung durchgeführt werden. So kann beispielsweise die Ablage eines von der Maschine 2.1 (Fig. 1) fertig bearbeiteten Werkstückes in den der nächsten Maschine in der Bearbeitungsablauffolge (z.B. Maschine 2.2) unmitelbar gegenüberliegenden Teil des Lagers 3 erfolgen. Natürlich können auch einzelne Maschinen übersprungen werden. Die Förderung kann also auch von der Maschine 2.1 zur Maschine 2.3 usw. erfolgen. Umgekehrt kann natürlich auch ein von einer Maschine (z.B. 2.1) bearbeitetes Werkstück in dem unmittelbaren dieser Maschine gegenüberliegenden Teil des Regales 3 abgelegt werden und für eine spätere Bearbeitung in einer der folgenden Maschinen (z.B. 2.3) von dort abgeholt und zur Maschine 2.3 transportiert werden. 

Claims (15)

1. Verfahren zur Handhabung von Werkstücken und zu deren Bearbeitung benötigten Werkzeugen an Werkzeugmaschinen, insbesondere spanabhebenden Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise Bohr-, Fräs-, Schleif- oder Elektroerodiermaschinen, bei dem die Werkstücke und die Werkzeuge mittels einer Fördereinrichtung jeweils von einer Aufgabe- oder einer Sammelstelle aus zeitlich aufeinanderfolgenden Bearbeitungsgängen zugeführt und die fertig bearbeiteten Werkstücke samt den Werkzeugen aus der Bearbeitungszone entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke für die Bearbeitung in einem sich parallel zur Bearbeitungszone erstreckenden Vorratsbereich bereit gehalten werden, an dessen der Bearbeitungszone zugewandten Seite die Entnahme unbearbeiteter und die Zuführung bearbeiteter Werkstücke durchgeführt wird.

2.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden je einer Bearbeitungszone zugewandten Längsseiten des Vorratsbereiches Werkstückentnahme und Werkstückzufuhr durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückentnahmen und die Werkstückzufuhr an rechtwinklig zur Bearbeitungszone verlaufenden Querseiten von gegeneinander getrennten Sektionen eines unterteilten Vorratsbereiches abgewickelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bearbeitung der Werkstücke erforderlichen Werkzeuge ebenfalls im Vorratsbereich gelagert werden.

5.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Austausch eines in einer Werkzeugmaschine befindlichen Werkstücks gegen ein unbearbeitetes Werkstück aus dem Vorratsbereich jeweils nach einem beendeten Bearbeitungsgang in zwei getrennten Bewegungsabläufen vollzogen wird, bei denen in einer ersten Folge von Bewegungsschritten zunächst das bereits bearbeitete Werkstück der Werkzeugmaschine entnommen und in den Vorratsbereich übergeführt und anschliessend ein unbearbeitetes Werkstück aus dem Vorratsbereich der Werkzeugmaschine zugeführt wird.

6.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Austausch eines bearbeiteten Werkstückes gegen ein unbearbeitetes Werkstück in einer einzigen Folge von Bewegungsschritten erfolgt, dergestalt, dass in einer Zwischenphase des Austauschvorganges sowohl das unbearbeitete Werkstück aus dem Vorratsbereich entnommen als auch das bearbeitete Werkstück von der Werkzeugmaschine entnommen sind.

7.

Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der Werkstücke (WS) und/oder Werkzeuge (WZ) durch Fördermittel entsprechend einem vorgegebenen Bearbeitungsablauf von einem Vorratslager (3) einer Anzahl Werkzeugmaschinen (1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3) in der Weise zugeführt werden, dass jedes Werkstück die vorgegebenen Bearbeitungsgänge durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratslager (3) parallel zu den längs einer Produktionslinie (1, 2) hintereinander aufgestellten Werkzeugmaschinen (1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3) angeordnet ist, wobei mindestens der den Werkzeugmaschinen (1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3) zugewandten Längsseiten des Vorratslagers (3) als der Andienungsseite desselben eine Fördereinrichtung (4) zugeordnet ist.

8.

Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (4) mindestens vier Freiheitsgrade (x, y, z, s) aufweist.

9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Andienungsseite des Vorratslagers (3) mehrere Fördereinrichtungen (4) angeordnet sind.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine Unterteilung des Vorratslagers (3) quer zur Längserstreckung der Produktionslinie (1, 2) in individuell bedienbare Lagersektionen, wobei zu einer abwechslungsweise durchführbaren Bedienung jeweils zweier sich längs eines Querganges gegenüberliegenden Lagersektionen in jedem Quergang eine eigene Fördereinrichtung (4.3) angeordnet ist,

11.

Anlage nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratslager (3) sich zwischen zwei je eine Produktionslinie (1, 2) bildenden Reihen von Werkzeugmaschinen (1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3) erstreckend angelegt und auf seinen beiden Längsseiten mindestens je mit einer Fördereinrichtung (4.3) ausgerüstet ist.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch eine Palette (P) als Handhabungsunterlage für die Werkstücke (WS) und/oder Werkzeuge (WZ) bei deren Einspeicherung in das Vorratslager (3), deren Beförderung zwischen Vorratslager (3) und Werkzeugmaschinen (1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3) sowie deren genauer Positionierung in den letzteren.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Palette (P) an ihren Schmalseiten Tragbolzen (B) für die Greiforgane (4.8) der Fördereinrichtung (4) aufweist.

14.

Anlage nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Palette (P) mit einem elektronischen Speicher von Informationen für die Bear beitung des jeweils darauf aufgespannten Werkstücks (WS) ausrüstbar ist.

15. Anlage nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Palette (P) zugleich auch das zur Durchführung der gespeicherten Bearbeitungsinformationen erforderliche Werkzeug (WZ) aufgespannt ist.