CH677077A5 - - Google Patents

Description

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CH 677 077 A5

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abtrennen von Ubermaterial an Gusswerkstücken mittels rotierender Trennschleifscheibe, die über ihren Werkzeughalter am freien Ende eines mehrarmigen Industrie-Roboters angeordnet ist, um die Trennschleifscheibe an vorgegebener Stelle des Gusswerkstückes ansetzen zu können.

Ein wesentliches Problem bei solchen Einrichtungen besteht im instabilen Verhalten aller in Bewegungsverbindung stehenden Teile des verwendeten Roboters, so dass eine präzise Trennung von Übermaterial bei insbesondere grossen Gusswerkstücken bisher nicht praktiziert werden konnte. Alle diesbezüglichen Maschinen konnten deswegen bisher nie industriell eingesetzt werden, sondern sind bereits im Versuchsstadium aufgegeben worden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der vorbesehriebenen Art so weiterzuentwickeln, dass dieses nunmehr eine industrielle Anwendung unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile erlaubt.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Trennschleifscheibe am Werkzeughalter in linearer Vorschubrichtung verschiebbar geführt wird, wobei deren Vorschub erfolgt, sobald die Trennschleifscheibe an vorgegebener Stelle des Gusswerkstückes durch die Stellmittel des Roboters herangeführt ist und alle Stellmittel des Roboters in starren Verbindungszustand gebracht wurden.

Dadurch, dass nunmehr nur noch die Trennschleifscheibe beim Trennvorgang einen linearen Vorschub erhält, alle anderen Stellglieder aber in starren Verbîndungszustand gebracht werden, können sich allfällig auf die Stellglieder übertragene Vibrationen nicht mehr negativ auswirken, auch nicht auf den linearen Vorschub der Trennschleifscheibe, da die genannten Vibrationen auf dem Wege zum Fundament stark gedämpft werden.

Die Ausbildung des Tragarms als horizontal und vertikal verschwenkbarer Kniehebel gibt dem Trennwerkzeug einen hohen räumlichen Aktionsradius. Die gelenkige Anordnung des Trennwerkzeuges am Ende des Kniehebels erlaubt es auf einfache Weise, das Werkzeug in verschiedenen Raumebenen vorzuschieben. Der Hydraulikzylinder zum Öffnen und Schliessen des Kniehebels erlaubt eine präzise Positionierung über geeignete Steuervorrichtungen und ausserdem eine starre Fixierung während des Bearbeitungsvorgangs.

Vorzugsweise erfolgt die Lagerung des Kniehebels im Ständer derart, dass dieser einen horizontalen Drehkranz aufweist, auf dem ein um eine vertikale AGhse schwenkbares Lagerbett abgestützt ist, und dass im Lagerbett der Kniehebel um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert ist. Für die Verschwenkung des Lagerbetts im Ständer einerseits und des Kniehebels im Lagerbett andererseits werden vorzugsweise ebenfalls Hydraulikzylinder eingesetzt.

Die gelenkige Befestigung des Trennwerkzeugs kann besonders vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass es am Ende des freien Abschnittes des

Kniehebels an einer Werkzeughalterung befestigt ist, die um drei rechtwinklig zueinander stehende Drehachsen verschwenkbar gelagert ist, von denen eine erste horizontal durch das Kniehebelende verläuft. Durch diese Anordnung kann das Trennwerkzeug ersichtlicherweise besonders einfach in verschiedene Schräglagen gebracht werden. Die erste Drehachse verläuft dabei immer horizontal um das Kniehebelende. Dieses kann jedoch seinerseits in verschiedenen Höhenlagen und Radien um die vertikale Achse am Ständer verschwenkt werden. Für die Betätigung der Werkzeughalterung können hydraulische Antriebe in der Form von Hydraulikzylindern oder Stellmotoren eingesetzt werden.

Das Trennwerkzeug ist vorzugsweise auf einem Schlitten befestigt, der auf einer Schlittenführung an der Werkzeughalterung linear vorschiebbar ist. Diese Anordnung ermöglicht es im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen, dass der Tragarm bei der Bearbeitung des Werkstückes überhaupt nicht verschwenkt werden muss. Vielmehr muss der Tragarm für eine bestimmte Werkstückserie lediglich einmal in die richtige Position gebracht werden, wonach anschliessend die Bearbeitung überwiegend durch Vorschieben des Schlittens ggf. in Kombination mit einer Verschwenkung der Werkzeughalterung am Kniehebel erfolgt. Auch der lineare Vorschub des Trennwerkzeuges erfolgt vorzugsweise hydraulisch. Denkbar wäre hier aber auch ein manuelles Vorschieben des Schlittens z.B. mit Hilfe einer Gewindespindel.

Für die Gussbearbeitung wird das Trennwerkzeug vorzugsweise eine mit einem Hydraulikmotor antreibbare Trennscheibe sein. Die Trennvorrichtung könnte für andere Einsatzzwecke jedoch ohne weiteres mit alternativen Trennwerkzeugen ausgerüstet werden. So könnte z.B. auch ein elektromotorisch angetriebenes Kreissägeblatt eingesetzt werden. In bestimmten Fällen wäre es sogar denkbar, in die Werkzeughalterung vibrierende Trennmeissel oder dergleichen einzuspannen.

Eine besonders vorteilhafte Betätigung der Vorrichtung kann erreicht werden, wenn für die Werkzeugsteuerung eine mobile Schalttafel mit Bedienungselementen vorgesehen ist, die über Kabel oder Fernsteuervorrichtungen mit der Trennvorrichtung in Wirkverbindung steht. Die Bedienungsperson kann somit die erforderlichen Manipulationen unmittelbar in Werkzeugnähe vornehmen und dabei das Werkstück beobachten. Vorteilhaft weisen die Bedienungselemente wenigstens einen auslenkbaren Steuerknüppel zum Auslösen von Schwenk- und/oder Drehbewegungen auf. Mit dem Steuerknüppel (Joystick) wird erreicht, dass wenigstens eine Hand immer in Bedienungsposition am Steuerkasten verbleibt, so dass bestimmte Funktionen auch ohne Sichtkontakt betätigt werden können. Die Bedienungsperson kann so die wichtigsten Manipulationen bei ständiger Beobachtung des Werkstückes vornehmen.

Je nach Materialeigenschaften des zu bearbeitenden Werkstückes kann bei Trennscheiben ein relativ grosser Verschleiss auftreten. Um ein dauerndes Nachmessen der Trennscheibe zu verhindern, ist in der Ebene der Trennscheibe ein mit einer

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Messvorrichtung verbindbarer Messfühler angeordnet, der zur Ermittlung des Trennscheiben-Durchrnessers auf die Trennscheibe absenkbar ist. Mit Hilfe des Messfühlers wird bei stillstehender Maschine jederzeit festgestellt, ob der Trennscheiben-Durchmesser noch ausreicht. Besonders vorteilhaft steht die Messvorrichtung dabei in Wirkverbindung mit einer Steuervorrichtung zum Steuern des Hydraulikmotors für den Trennscheibenantrieb. Dabei kann die Drehzahl des Hydraulikmotors in Abhängigkeit vom ermittelten Trennscheiben-Durchmesser gesteuert werden. Auf diese Weise lässt sich vor jedem Bearbeitungsvorgang die optimale Schnittgeschwindigkeit automatisch einstellen.

Die Trennvorrichtung ist vorzugsweise mit einer programmierbaren Steuervorrichtung versehen, so dass bestimmte Bewegungsabläufe des Trennwerkzeuges programmierbar, bzw. wiederholbar sind. Vorzugsweise wird dabei nach dem Teach-in-Verfahren gearbeitet.

Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes zur Durchführung des erfin-dungsgemässen Verfahrens ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in teilweiser Schnittansicht in Seitendarstellung die erfindungsgemässe Trenneinrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Ebene II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 ein perspektivisches Bewegungsschema mit den verschiedenen Drehachsen der Anordnung gemäss den Fig. 1 und 2.

Der prinzipielle Aufbau und die Funktion des dargestellten Ausführungsbeispiels sind aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich. Der Kniehebel 7 ist in einem Ständer 8 mehrfach schwenkbar gelagert, wobei der Ständer im vorliegenden Fall unmittelbar auf dem Boden steht. Der Kniehebel 7 besteht dabei aus einem ständerseitigen Abschnitt 9 und aus einem freien Abschnitt 10. Beide Abschnitte sind relativ zueinander um das Kniehebelgelenk 12 verschwenkbar.

Auf dem Ständer 8 ist ein Drehkranz 14 angeordnet, der ein Lagerbett 15 trägt, das um eine vertikale Achse 1 (Fig. 3) verschwenkbar ist. Durch Betätigen eines oder mehrerer Hydraulikzylinder 16 kann das Lagerbett 15 in Pfeilrichtung A (Fig. 3) um die vertikale Achse 1 verschwenkt werden.

Im Lagerbett 15 ist der ständerseitige Abschnitt 9 des Kniehebels 7 um eine horizontale Achse 2 in Pfeilrichtung B (Fig. 3) verschwenkbar gelagert. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat das Lagerbett 15 einen etwa kastenartigen Aufbau, so dass zwei Hohlräume 34 und 34' gebildet werden. Diese Hohlräume sind gegen aussen mit Hilfe von Abdeckungen 35 verschlossen. In den Hohlräumen sind die beiden Hydraulikzylinder 17 angeordnet, welche um die Zylindergelenke 32 verschwenkbar am Lagerbett 15 befestigt sind. Der untere Teil dieser Hydraulikzylinder ragt in den Hohlraum des Ständers 8, wo jedoch eine ungehinderte Bewegung gewährleistet ist. Die Kolbenstangen der Hydraulikzylinder 17 sind an Kolbengelenken 33 am ständerseitigen Abschnitt 9 des Kniehebels 7 angelenkt.

Zum Betätigen des Kniehebels sind innerhalb des ständerseitigen Abschnittes 9 zwei Hydraulikzylinder 11 angeordnet, von denen in Fig. 1 nur einer sichtbar ist. Diese Hydraulikzylinder sind an Zylindergelenken 36 am unteren Abschnitt 9 gelenkig befestigt. Die Kolbenstangen dieser Hydraulikzylinder sind an Kolbengelenken 37 am freien Abschnitt 10 des Kniehebels 7 angelenkt. Durch Betätigen der Hydraulikzylinder 11 Ist der freie Abschnitt 10 in Pfeilrichtung C um die Achse 3 verschwenkbar (Fig. 3).

Am Ende des freien Abschnittes 10 ist ein Werkzeughalter 18 um drei im rechten Winkel zueinander stehende Achsen verschwenkbar. Eine erste Achse 4 führt dabei horizontal durch das Kniehebelende. Für die Schwenkbewegung um diese Achse ist am freien Abschnitt 10 ein Hydraulikzylinder 19 am Zylindergelenk 38 angelenkt. Die Kolbenstange dieses Hydraulikzylinders ist am Kolbengelenk 39 an einem Gehäuseabschnitt der Werkzeughalterung 18 angelenkt. Eine Betätigung des Hydraulikzylinders 19 hat eine Drehung in Pfeilrichtung D um die horizontale Achse 4 zur Folge (Fig. 3),

Der Werkzeughalter kann aber auch noch in Pfeilrichtung E um eine Achse 5 gedreht werden, welche im rechten Winkel zur horizontalen Achse 4 angeordnet ist. Für diese Drehbewegung dient ein hydraulischer Stellmotor 20. Letztlich kann die Werkzeughalterung auch noch in Pfeilrichtung F um eine Achse 6 verschwenkt werden, welche im rechten Winkel zur Achse 5 angeordnet ist. Auch für diese Schwenkbewegung dient ein hydraulischer Stellmotor 21.

Die verschiedenen Schwenkmöglichkeiten des Werkzeuges sind in Figur 3 schematisch zusammen-gefasst. Der Kniehebel kann um die vertikale Achse 1 am Ständer 8 um insgesamt 90° verschwenkt werden. Der Werkzeughalter ist um die Achse 5 um 180° verschwenkbar, so dass verschiedene Stellen des Werkstückes ohne Bewegen des Kniehebels zugänglich sind. Ferner ist eine Schrägstellung der Trennschleifscheibe 13 um die Achse 6 ersichtlich. Die Trennschleifscheibe kann dabei vom Werkzeughalter so verschwenkt werden, dass sie praktisch horizontal liegt.

Die Trennschleifscheibe 13 ist gleichachsig an einem Hydraulikmotor 24 befestigt und zusammen mit diesem auf einem Schlitten 22 angeordnet. Der Schlitten weist Führungsstangen 43 auf, welche in Schlittenführungen 23 linear verschiebbar gelagert sind. Die Schlittenführungen 23 sind fest mit dem Werkzeughalter 18 verbunden. Zwischen den beiden parallelen Führungsstangen 43 ist ein Hydraulikzylinder 44 für den Vorschub des Schlittens 22 angeordnet. Das Zylindergelenk ist dabei am Schlitten und das Kolbengelenk am Werkzeughalter befestigt (nicht gezeigt). Aus Sicherheitsgründen ist über der Trennscheibe 13 eine Werkzeugabdeckung 47 angeordnet, welche zum Auswechseln der Trennscheibe teilweise aufgeklappt werden kann.

In bestimmten Fällen ist es erforderlich, ein Kippen des abgetrennten Übermaterials in Richtung Werkzeug zu verhindern.

Zu diesem Zweck dient eine spezielle Abdrück-

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Vorrichtung 48, die am Schlitten 22 befestigt ist. In nicht näher gezeigter Weise besteht sie aus parallelen Führungsstangen, die an ihren Enden jochartig miteinander verbunden sind. Die Führungsstangen sind in fest am Schlitten 22 montierten Führungen parallel zur Vorschubebene der Trennscheibe verschiebbar. Das Vorschieben der Abdrückvorrichtung 48 erfolgt mit Hilfe einer Betätigungsvorrichtung, die zwischen den Führungsstangen am Schlitten 22 befestigt ist und die am oberen Joch angreift. Die BetätigungsvorriGhtung kann z.B. ein Hydraulikzylinder oder ein Pneumatikzylinder sein. Beim Abtrennen von Übermaterial an einem Gussstück, insbesondere bei horizontaler Lage der Trennschleifscheibe 13, wird die Abdrückvorrichtung ausgefahren und mit einer bestimmten Presskraft dauernd gegen das Übermaterial gepresst. Diese Presskraft reicht aus, um den Trennspalt offen zu halten, so dass die Trennschleifscheibe nicht verklemmt. Kurz vor dem endgültigen Abtrennen wird das Übermaterial, z.B. ein Steiger, an dem noch verbleibenden Materialsteg durch die Presskraft weggedrückt. Mit diesem Vorgehen wird eine Beschädigung des Werkzeuges durch umkippendes Übermaterial verhindert.

Bei dieser Anordnung kann in an sich bekannter und deshalb nicht näher gezeigter Weise in der Ebene der Trennschleifscheibe 13 auf der abgedeckten Seite der Trennscheibe ein Messfühler angeordnet sein, der durch geeignete Antriebsmittel, z.B. pneumatisch auf den Rand der Trennscheibe 13 abgesenkt werden kann. Der Messfühler ist mit einer nicht näher dargestellten Messvorrichtung verbunden, die ebenfalls am Schlitten 22 angeordnet ist. Diese Messvorrichtung kann z.B. ein inkrementa-les Längenmess-System bekannter Bauweise sein. Sie misst die lineare Verschiebung des Messfühlers bis zum Aufliegen auf der Trennschleifscheibe 13 auf elektrische, elektronische, optische oder auch mechanische Weise. Mit Hilfe dieser Längenmessung kann ersichtlicherweise der Durchmesser der Trennscheibe 13 ermittelt werden, die einem relativstarken Verschleiss unterworfen ist.

Die Messvorrichtung 29 kann ihre Messimpulse an eine nicht näher dargestellte Steuervorrichtung abgeben, welche den Hydraulikmotor 14 steuert. Je nach ermitteltem Trennschleifscheiben-Durchmesser wird die Drehzahl des Hydraulikmotors 24 so gesteuert, dass immer mit einer optimalen Schnittgeschwindigkeit gearbeitet wird.

Die Betätigungsvorrichtung zum Absenken des Messfühlers kann derart mit dem Hydraulikmotor 24 gekoppelt sein, dass sie bei laufendem Motor gesperrt ist, um eine Beschädigung des Messfühlers zu vermeiden. Bei stillstehendem Motor kann der Messfühler abgesenkt werden, so dass laufend die richtige Schnittgeschwindigkeit eingestellt wird. Denkbar wäre auch ein automatisches Absenken nach jedem Stillstand des Hydraulikmotors 24. Der jeweilige Trennscheiben-Durchmesser könnte optisch z.B. über eine Leuchtanzeige angezeigt werden. Bei ungenügendem Trennscheiben-Durchmesser könnte z.B. ein optisches und/oder akustisches Alarmsignal aktiviert werden.

Die Steuerung der gesamten Vorrichtung bzw.

das Positionieren des Werkzeughalters 18 und das Vorschieben des Werkzeuges erfolgt an einer Schalttafel 25.

Zusätzlich oder alternativ wäre aber auch eine mobile Schalttafel 25' denkbar. Denkbar wäre z.B. eine Funkfernsteuerung oder eine Ultraschall-Fernsteuerung. Die mobile Schalttafel gewährleistet grössere Mobilität der Bedienungsperson bei optimaler Beobachtung des Trennvorgangs.

Die Schaltung ist dabei erfindungsgemäss so, dass mit der Betätigung des Vorschubes der Trennschleifscheibe 13 über deren Hydraulikzylinder 44 alle übrigen, über entsprechende Zuleitungen mit der Hydrauliksteuerung 50 in Wirkungsverbindung stehenden hydraulischen Stellmittel 11,16,17,19,20 und 21 in starren Verbindungszustand gebracht werden, um der ganzen Einrichtung einen starren, relativ unempfindlichen Charakter zu vermitteln.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Einrichtung zum Abtrennen von Obermaterial an Gusswerkstücken mittels rotierender Trennschleifscheibe die über ihren Werkzeughalter am freien Ende eines mehrarmîgen Industrie-Roboters angeordnet ist, um die Trennschleifscheibe an vorgegebener Stelle des Gusswerkstückes ansetzen zu können, gekennzeichnet durch einen mehrarmîgen Industrie-Roboter (100) mit einem als Kniehebel (7) ausgebildeten Tragarm, der an einem Ende in einem Ständer (8) um eine horizontale und um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert ist und am anderen Ende gelenkig den Werkzeughalter (18) trägt, an dem die Trennschleifscheibe (13) über Schlittenmittel (22, 23) linear verschiebbar abgestützt ist, wobei die Stellmittel am Roboter (100) zentral ansteuerbare und feststellbare Hydraulikzylinder (11; 16; 17; 19;) resp. hydraulische Stellmotoren (20,21) sind.

2. Trenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ständerseitigen (9) und dem freien (10) Abschnitt des Kniehebels (7) wenigstens ein Hydraulikzylinder (11) zum Verschwenken des freien Abschnittes angeordnet ist; dass der Ständer (8) einen horizontalen Drehkranz (14) aufweist, auf dem ein um eine vertikale Achse schwenkbares Lagerbett (15) abgestützt ist; dass ferner im Lagerbett der Kniehebel (7) um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert ist, wobei das Lagerbett (15) mit Hilfe wenigstens eines an ihm angreifenden, in einer horizontalen Ebene beweglich am Ständer (8) angelenkten Hydraulikzylinders (16) verschwenkbar ist und dass der Kniehebel (7) mit Hilfe wenigstens eines an ihm angreifenden, in einer vertikalen Ebene beweglich am Lagerbett (15) angelenkten Hydraulikzylinders (17) verschwenkbar ist.

3. Trenneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (18) mit der Trennschleifscheibe (13) am Ende des freien Abschnittes (10) des Kniehebels (7) um drei rechtwinklig zueinander stehende Drehachsen (4, 5, 6 Fig. 3) verschwenkbar gelagert ist, von denen eine erste (4) horizontal durch das Kniehebelende verläuft.

4. Trenneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch

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gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (18) mit wenigstens einem am freien Abschnitt (10) des Kniehebels (7) angelenkten Hydraulikzylinder (19) um die erste horizontale Drehachse (4) verschwenkbar ist.

5. Trenneinrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (18) um die zweite und dritte Drehachse (5,6) mit je einem hydraulischen Stellmotor (20, 21) verschwenkbar ist.

6. Trenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschleifscheibe (13) mit einem Hydraulikmotor (24) antreibbar ist.

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