DE10039970B4 - Machining center and method for processing multiple workpieces - Google Patents
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Abstract
Bearbeitungszentrum,
mit
mindestens zwei Spindeleinheiten zur Aufnahme von Arbeitsmitteln,
mit
mindestens einem Werkzeugmagazin zum automatischen Einwechseln der
Arbeitsmittel in die Spindeleinheiten,
mit mindestens einem
Aufspanntisch zum Aufspannen von mindestens zwei von den Spindeleinheiten
zu bearbeitenden Werkstücken,
mit
Führungsanordnungen
zum Bewegen der Spindeleinheiten zwischen den Werkstücken und
dem mindestens einen Werkzeugmagazin, und
mit einer Steuereinheit
zur Ansteuerung der Führungsanordnungen,
der Spindeleinheiten und des mindestens einen Werkzeugmagazins,
wobei in der Steuereinheit mehrere Bearbeitungsprogramme zur Bearbeitung
der Werkstücke
durch die Spindeleinheiten abgespeichert sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass
die Steuereinheit die Bearbeitungsprogramme derart aufruft, dass
die Spindeleinheiten unter Minimierung von Spindelstillstandzeiten
gleichzeitig verschiedene Bearbeitungsprogramme durchlaufen und
in
der Steuereinheit ein Kollisionsprogramm zur Verhinderung von Kollisionen
der Spindeleinheiten miteinander abgespeichert ist.Machining center,
with at least two spindle units for receiving work equipment,
with at least one tool magazine for automatic replacement of the working means in the spindle units,
with at least one clamping table for clamping at least two workpieces to be machined by the spindle units,
with guide arrangements for moving the spindle units between the workpieces and the at least one tool magazine, and
with a control unit for controlling the guide arrangements, the spindle units and the at least one tool magazine, wherein in the control unit a plurality of machining programs for machining the workpieces are stored by the spindle units,
characterized,
the control unit calls the machining programs in such a way that the spindle units simultaneously pass through different machining programs while minimizing spindle downtimes, and
in the control unit a collision program for preventing collisions of the spindle units is stored together.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit mindestens zwei Spindeleinheiten zur Aufnahme von Arbeitsmitteln, mit mindestens einem Werkzeugmagazin zum automatischen Einwechseln der Arbeitsmittel in die Spindeleinheiten, mit mindestens einem Aufspanntisch zum Aufspannen von mindestens zwei von den Spindeleinheiten zu bearbeitenden Werkstücken, mit Führungsanordnungen zum Bewegen der Spindeleinheiten zwischen den Werkstücken und dem mindestens einen Werkzeugmagazin, und mit einer Steuereinheit zu Ansteuerung der Führungsanordnungen, der Spindeleinheiten und des mindestens einen Werkzeugmagazins, wobei in der Steuereinheit mehrere Bearbeitungsprogramme zur Bearbeitung der Werkstücke durch die Spindeleinheiten abgespeichert sind.The The invention relates to a method with at least two spindle units for holding work equipment, with at least one tool magazine for automatic replacement of the working equipment in the spindle units, with at least one clamping table for clamping at least two from the spindle units to be machined workpieces, with guide assemblies for moving the spindle units between the workpieces and the at least one Tool magazine, and with a control unit to control the Guiding arrangements, the spindle units and the at least one tool magazine, wherein in the control unit several machining programs for editing the workpieces are stored by the spindle units.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten von mehreren Werkstücken mit einem Bearbeitungszentrum.Furthermore The invention relates to a method for processing several Workpieces with a machining center.
Im Gegensatz zu sogenannten Durchlaufmaschinen, bei denen die Werkstücke entlang einer geradlinigen Bearbeitungsstrecke bewegt und im Verlauf der Bewegung zur Durchführung von hintereinander geschalteten Bearbeitungsvorgängen an den Arbeitsmitteln vorbeibewegt werden, sind die Werkstücke bei einem Bearbeitungszentrum auf einem Aufspanntisch aufgespannt und werden mit Arbeitsmitteln bestückten Spindeleinheiten bearbeitet, die über Führungsanordnungen bewegt werden.in the Contrary to so-called continuous machines, in which the workpieces along a rectilinear processing section moves and in the course of Movement to carry of successive processing operations on the work equipment passing by, the workpieces are at a machining center clamped on a worktable and are provided with work equipment stocked Spindle units processed, which are moved via guide assemblies.
Diese Vorgehensweise erlaubt eine wirtschaftliche Fertigung kleiner Losgrößen und die Bearbeitung schwieriger Formen bei hoher Bearbeitungsgenauigkeit und exakter Reproduzierbarkeit. Zudem ist mit derartigen Bearbeitungszentren ein hoher Automatisierungsgrad möglich und der Platzbedarf gegenüber Durchlaufmaschinen vergleichsweise gering.These Approach allows economical production of small batches and the machining of difficult shapes with high machining accuracy and exact reproducibility. In addition, with such machining centers a high degree of automation possible and the space required Throughput machines comparatively low.
So werden in einem Bearbeitungszentrum eine Vielzahl aufeinanderfolgender Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise Bohr-, Fräs-, Umleim-, Messvorgänge und dergleichen, an Werkstücken aus Holz-, Kunststoff-, Schicht- oder Verbundwerkstoffen durchgeführt.So become a multitude of successive ones in a machining center Processing steps, such as drilling, milling, Umleim-, measuring operations and the like, on workpieces made of wood, plastic, laminate or composite materials.
Dazu sind ein oder mehrere Arbeitsmittel in die Spindeleinheiten einwechselbar. Unter Arbeitsmittel werden hier Bearbeitungswerkzeuge oder -aggregate sowie auch Handlings- oder Sensoreinrichtungen zusammengefasst, wobei beispielhaft hier genannt seien: Bohr-, Säge- und Kappaggregat, Bündigfräsaggregat, Vertikal-Fräsaggregat, Schlosskastenfräsaggregat, Unterflurfräsaggregat, Horizontal-Fräsaggregat, Kantenumleimaggregat sowie mechanische Greifer, Vakuumgreifer, Taster, Messaufnehmer und Kameraeinrichtungen.To are one or more work equipment in the spindle units einwechselbar. Under work tools here are machining tools or aggregates as well as handling or sensor devices, Examples include: drilling, sawing and trimming unit, flush trimming unit, Vertical milling unit, Lock case, Unterflurfräsaggregat, Horizontal milling unit, Edge banding unit as well as mechanical grippers, vacuum grippers, buttons, Sensors and camera devices.
Je nach der durchzuführenden Bearbeitung oder auszuführenden Tätigkeit wird dabei das hierzu bestimmte Arbeitsmittel aus mindestens einem Werkzeugmagazin geholt und automatisch in die Spindeleinheit eingewechselt.ever after the to be carried out Processing or to be carried out activity In the process, the working medium determined for this purpose is made up of at least one Tool magazine fetched and automatically loaded into the spindle unit.
Weiterhin weisen Bearbeitungszentren mindestens einen Aufspanntisch zum Aufspannen der zu bearbeitenden Werkstücke auf. Je nach Ausbildung der linearen Maschinenachsen, in deren Richtungen die Arbeitsmittel und die Werkstücke relativ zueinander verfahrbar sind, können die Aufspanntische entweder feststehend oder linear verfahrbar angeordnet sein.Farther have machining centers at least one clamping table for clamping the workpieces to be processed on. Depending on the design of the linear machine axes, in whose directions the Work equipment and workpieces can be moved relative to each other, the worktable either be arranged stationary or linearly movable.
Zur Ansteuerung der Führungsanordnungen, der Spindeleinheiten und des mindestens einen Werkzeugsmagazins ist darüber hinaus eine Steuereinheit vorgesehen, in der mehrere Bearbeitungsprogramme zur Bearbeitung der Werkstücke durch die Spindeleinheiten abgespeichert sind. Die Steuereinheit ruft dabei die einzelnen Bearbeitungsprogramme auf und übernimmt somit die Ablaufsteuerung des gesamten Bearbeitungszentrums. Eine typische Steuereinheit besteht aus den Hauptelementen Bedienrechner, Bahnsteuerung sowie Anpass- /Ablaufsteuerung. Der Bedienrechner unterstützt den Anwender beim Erstellen und Verwalten der Bearbeitungsprogramme. Auf der Basis einer multitasking Betriebsweise kann dies auch während der Produktion erfolgen. Die Bahnsteuerung steuert die Bahnfahrt der einzelnen Achsen des Bearbeitungszentrums mit entsprechend hoher Abtastrate. Die Anpass- /Ablaufsteuerung erzeugt schließlich aus den unterschiedlichen einzelnen Bearbeitungsprogrammen ein optimales Gesamtprogramm unter Berücksichtigung der jeweiligen Randbedingungen.to Control of the guide assemblies, the Spindle units and the at least one tool magazine is about that In addition, a control unit is provided, in which several machining programs for processing the workpieces are stored by the spindle units. The control unit calls up the individual machining programs and takes over thus the flow control of the entire machining center. A typical control unit consists of the main elements operating computer, Track control and adaptation / sequence control. The operating computer supports the user when creating and managing the machining programs. On the basis of a multitasking operating mode this can also be done during the Production done. The railway control controls the train journey of individual axes of the machining center with correspondingly high Sampling rate. The adaptation / sequence control finally generates from the different individual processing programs an optimal Overall program under consideration the respective boundary conditions.
Um einen größeren Werkstückdurchsatz zu erzielen, wird bei derartigen Bearbeitungszentren häufig eine sogenannte Pendelbearbeitung durchgeführt, wobei in der Regel mehrere Bearbeitungsplätze auf einem Aufspanntisch oder zwei Bearbeitungsplätze auf parallel zueinander verfahrbaren Aufspanntischen vorgesehen sind. Die Spindeleinheiten für die einzelnen Bearbeitungsvorgänge sind beispielsweise an einem Support angeordnet, der relativ zu den einzelnen Bearbeitungsplätzen verfahrbar ist. Mit dieser Pendelbearbeitung kann ein Werkstück auf einem Aufspanntisch bearbeitet werden, während der andere Aufspanntisch neu belegt wird. Ein Nachteil dieser Pendelbearbeitung besteht allerdings darin, dass sich die Werkstücke nur nacheinander bearbeiten lassen, da der Start eines Bearbeitungsprogramms auf dem gerade vorbereiteten Aufspanntisch immer erst dann erfolgen kann, wenn der aktuelle Aufspanntisch fertig bearbeitet ist. Vor der ersten Bearbeitung muss zudem in der Regel noch ein Werkzeugwechsel erfolgen, der die Bearbeitungszeit weiter erhöht.In order to achieve a larger workpiece throughput, a so-called pendulum machining is often carried out in such machining centers, usually several processing stations are provided on a worktable or two processing stations on mutually movable clamping tables. The spindle units for the individual processing operations are arranged for example on a support which is movable relative to the individual processing stations. With this pendulum machining a workpiece can be processed on a worktable, while the other worktable is newly occupied. A disadvantage of this pendulum machining, however, is that the workpieces can only be processed one after the other, since the start of a machining program on the just-prepared worktable can always be made only when the current worktable is finished. Before the first processing usually also has a work tool change, which further increases the processing time.
Die
Zur
Beseitigung dieses Nachteils ist aus
Insgesamt konnte mit den oben beschriebenen Maschinenkonzepten den Kundenanforderungen bisher weitestgehend entsprochen werden. Seit geraumer Zeit besteht jedoch wegen des Kostendruckes und der Forderung nach abnehmenden Losgrößen der Bedarf, die Bearbeitungskosten pro Werkstück an Bearbeitungszentren weiter zu senken.All in all was able to meet customer requirements with the machine concepts described above so far largely be met. For quite some time exists However, because of the cost pressure and the demand for decreasing Lot sizes of Demand, the machining costs per workpiece to machining centers on to lower.
Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bearbeitungszentrum der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das eine flexible und gleichzeitig wirtschaftliche Bearbeitung von plattenförmigen Holzwerkstoffen bei sicherer Betriebsweise ermöglicht.task The invention is therefore a machining center of the above specified type to create a flexible and at the same time economical processing of plate-shaped wooden materials safe operation possible.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, sowie des Patentanspruchs 8 gelöst.These The object is achieved by the features of claim 1, as well as Patent claim 8 solved.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinheit die Bearbeitungsprogramme derart aufruft, dass die Spindeleinheiten gleichzeitig verschiedene Bearbeitungsprogramme unter Minimierung von Spindelstillstandszeiten durchlaufen. Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, die Bearbeitung der einzelnen Werkstücke "ineinander fließen zu lassen", wodurch enorme Zeitvorteile entstehen. Gegenüber einer herkömmlichen Pendelbearbeitung mit zwei Bearbeitungsspindeln hat sich beispielsweise gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum eine Zeiteinsparung bis zu 50% möglich ist.The inventive solution draws characterized by the fact that the control unit the machining programs calls so that the spindle units simultaneously different Machining programs with minimization of spindle downtimes run through. The invention is thus based on the knowledge, the processing the individual workpieces "flow into each other", causing enormous Time advantages arise. Across from a conventional pendulum machining For example, with two machining spindles it has been shown that with the machining center according to the invention a time saving of up to 50% possible is.
Aufgrund der gleichzeitigen Bearbeitung der Spindeleinheiten ergibt sich je nach Ausgestaltung der Führungsanordnungen allerdings das Problem, dass die Spindeleinheiten im Betrieb miteinander kollidieren können. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass in der Steuereinheit ein Kollisionsprogramm zur Verhinderung von Kollisionen abgespeichert ist. Zweckmäßigerweise führt dabei das Kollisionsprogramm vor dem Aufruf eines Bearbeitungsprogramms eine Kollisionsberechnung für die betreffende Spindeleinheit durch und verriegelt im Falle einer drohenden Kollision das aufzurufende Bearbeitungsprogramm für einen ebenfalls voraus berechneten Zeitraum. Dieser Zeitraum ist dabei so berechnet, dass nach Ablauf der Verriegelung eine Kollisionsgefahr nicht mehr besteht.by virtue of the simultaneous processing of the spindle units results depending on the design of the guide assemblies However, the problem is that the spindle units in operation with each other can collide. According to a preferred embodiment is therefore provided that in the control unit a collision program is stored to prevent collisions. Conveniently leads the collision program before calling a machining program a collision calculation for the relevant spindle unit through and locks in case of a imminent collision, the processing program to be called for a likewise pre-calculated period. This period is calculated in this way that after expiry of the lock a risk of collision no longer consists.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind drei Spindeleinheiten zur Bearbeitung von zwei plattenförmigen Werkstücken aus Holz oder Holzwerkstoffen vorgesehen, wobei zwei Spindeleinheiten als Frässpindeln und eine Spindeleinheit als Verleimteil ausgeführt sind. Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, als Führungsanordnung ein Portal oder einen Ausleger vorzusehen, auf dessen einer Seite sich zwei Bearbeitungsspindeln und auf dessen anderer Seite sich die Verleimteilspindel befindet.To a further preferred embodiment are three spindle units for machining two plate-shaped workpieces Wood or wood materials provided, with two spindle units as milling spindles and a spindle unit are designed as gluing. As a particularly favorable it turned out, as a leadership arrangement Portal or provide a boom, on one side of itself two processing spindles and on the other side the Glue spindle is located.
Bei dieser Art von Maschinenkonfiguration haben sich wiederum zwei Betriebsarten als besonders vorteilhaft herausgestellt, die je nach Anwendungsfall eingesetzt werden können.at This type of machine configuration, in turn, has two modes of operation as particularly advantageous, depending on the application can be used.
Die eine Betriebsart zeichnet sich dadurch aus, dass zum Fräsen und/oder Nachbearbeiten des einen plattenförmigen Werkstücks Bearbeitungsprogramme für die beiden Frässpindeln aufgerufen werden, während zum Kantenanleimen an dem anderen plattenförmigen Werkstück gleichzeitig ein Bearbeitungsprogramm für das Verleimteil aufgerufen wird. Bei dieser Betriebsart findet also ein gleichzeitiger Einsatz der Frässpindeln auf einem Tisch statt, während der andere Tisch mit dem Verleimteil bearbeitet wird.The an operating mode is characterized by the fact that for milling and / or Post-processing of a plate-shaped workpiece machining programs for the two milling spindles be called while for edgebanding on the other plate-shaped workpiece simultaneously a machining program for the glueing part is called. In this mode is so a simultaneous use of the milling spindles on a table instead, while the other table is processed with the gluing part.
Die andere Betriebsart ist dadurch gekennzeichnet, dass zum unabhängigen Fräsen und/oder Nachbearbeiten jeweils des einen oder anderen plattenförmigen Werkstücks Bearbeitungsprogramme für die beiden Frässpindel aufgerufen werden und zum wahlweisen Verleimen eines der beiden plattenförmigen Werkstücke ein Bearbeitungsprogramm für das Verleimteil aufgerufen wird. Hierbei arbeiten die beiden Frässpindeln also jeweils unabhängig auf einem Tisch, während das Verleimteil als dritte Bearbeitungsspindel zwischen den beiden Tischen hin- und herpendelt. Das Verleimteil kann damit von der Steuereinheit für einen der beiden Tische angefordert werden und führt dann das jeweils aufgerufene Bearbeitungsprogramm aus. Dieses Konzept ermöglicht weitere Freiheitsgrade bei der Abarbeitung der Bearbeitungsprogramme durch die Steuereinheit.The other mode is characterized in that for independent milling and / or reworking each one or the other plate-shaped workpiece machining programs are called for the two milling spindle and for selectively gluing one of the two plate-shaped workpieces a machining program for the gluing part is called. In this case, the two milling spindles thus each work independently on a table, while the gluing part reciprocates as a third machining spindle between the two tables. The gluing part can thus be requested by the control unit for one of the two tables and then executes the respectively called processing program. This concept allows further degrees of freedom in the processing of the machining programs by the control unit.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als gemeinsame Führungsanordnung über dem mindestens einem Aufspanntisch ein Ausleger vorgesehen ist, der quer zu seiner Ausdehnungsrichtung verfahrbar ist und an dem längs zu seiner Ausdehnungsrichtung die Spindeleinheiten verfahrbar im Eingriff stehen.To a further preferred embodiment is provided that as a common leadership arrangement over the at least one worktable a boom is provided, the transversely to its direction of extension is movable and on the longitudinal to his Extension direction, the spindle units movable in engagement stand.
Auch wenn sich die Ausgestaltung der Führungsanordnungen in Form eines Auslegers als besonders günstig herausgestellt hat, sind selbstverständlich alle anderen möglichen Anordnungen zur Führung der Spindeleinheiten denkbar. So können die Führungsanordnungen beispielsweise auch als Portal oder aber auch als Roboterarme ausgeführt sein.Also if the configuration of the guide arrangements in the form of a Jib as particularly favorable Of course, all others are possible Arrangements for guidance the spindle units conceivable. For example, the guide arrangements can also be designed as a portal or as a robot arms.
Zum Bearbeiten von mehreren Werkstücken mit dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum werden vorzugsweise die Werkstücke nacheinander aufgespannt und die Bearbeitungsprogramme für die bereits aufgespannten Werkstücke aufgerufen. Das erfindungsgemäße Bearbeitungszentrum ermöglicht damit die unmittelbare Aufnahme der Bearbeitung eines Werkstücks, sobald dieses aufgespannt ist.To the Editing several workpieces with be the machining center according to the invention preferably the workpieces one after the other and the machining programs already open clamped workpieces called. The machining center according to the invention allows it the immediate recording of the machining of a workpiece, as soon as this is spanned.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Bearbeitungsprogramme derart aufgerufen werden, dass die Bearbeitung aller aufgespannten Werkstücke möglichst gleichzeitig beendet wird. Auf diese Weise gibt es trotz der parallelen Bearbeitung keine Unregelmäßigkeiten im Arbeitsablauf, so dass die Maschine für den Bearbeiter noch voll berechenbar und kontrollierbar ist.Especially it is advantageous if the machining programs so be called that the processing of all clamped workpieces as possible is ended at the same time. This way, despite the parallel Processing no irregularities in the workflow, so that the machine is still full for the processor predictable and controllable.
Insbesondere bei der automatisierten Zuführung von Werkstücken ist es aber auch denkbar, dass die Bearbeitungsprogramme derart aufgerufen werden, dass die Bearbeitung der aufgespannten Werkstücke nacheinander in vorgegebenen Zeitabständen beendet wird. Die Zeitabstände sind dabei zweckmäßigerweise auf die jeweilige Rüstzeit des Werkstücks abgestimmt.Especially at the automated feeder of workpieces But it is also conceivable that the machining programs so be called that the machining of the clamped workpieces one after the other at predetermined intervals is ended. The intervals are expediently on the respective set-up time of the workpiece Voted.
Im folgenden wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:in the The following is the invention with reference to various embodiments explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Um bei dieser Konfiguration möglichst viele Spindeln gleichzeitig an den Werkstücken unter Minimierung von Spindelstillstandszeiten arbeiten lassen zu können, erfolgt ein paralleler Betrieb der Frässpindeln an einem Tisch sowie der gleichzeitige Einsatz der Verleimteilspindel an dem jeweils anderen Tisch.Around if possible with this configuration many spindles simultaneously on the workpieces while minimizing To be able to let spindle standstill times work, a parallel one takes place Operation of the milling spindles at a table as well as the simultaneous use of the gluing spindle at the other table.
Zum
Zeitpunkt (
In
Zunächst werden
von der Steuereinheit die Bearbeitungsprogramme
Zum
Zeitpunkt (
Zum
Zeitpunkt (
Nach
Abarbeitung des Bearbeitungsprogramms
Dies
kann zum einen durch eine kollisionsfreie Belegungsart und Bauweise
des Bearbeitungszentrums erreicht werden, die in
Mit
dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum
ist es allerdings auch möglich,
eine kollisionsbehaftete Belegart zu steuern, die in
Wird
ein Werkstück
komplett außerhalb
des Kollisionsbereiches
Die Steuerung des Bearbeitungszentrum basiert dabei auf einem für das gesamte Bearbeitungszentrum geltenden Signal "Kollisionsbereich freigegeben". Dieses Signal wird in der Steuereinheit verwaltet, wobei alle Teilbearbeitungen eines kritischen Werkstückes um die Anforderungen dieses Signals erweitert werden. Vor dem Aufrufen eines Bearbeitungsprogramms wird folglich zunächst das Signal "Kollisionsbereich freigegeben" von der Steuereinheit angefordert. Ist das Signal frei, kann das Bearbeitungsprogramm aufgerufen und abgearbeitet werden. Nach Abschluss des Bearbeitungsprogramms wird das Signal sodann wieder für die gesamte Maschine freigegeben. Andere Bearbeitungsprogramme, die den Aufruf dieses Signals benötigen, werden somit von der Steuereinheit verriegelt, bis das Signal wieder für die Steuereinheit verfügbar ist.The control of the machining center is based on a "collision area released" signal valid for the entire machining center. This signal is managed in the control unit, with all partial machining of a critical workpiece being extended by the requirements of this signal. Consequently, before calling a machining program, the signal "collision area enabled" is first input by the control unit requested. If the signal is free, the machining program can be called up and executed. After completion of the machining program, the signal is then released again for the entire machine. Other processing programs that require the call of this signal are thus locked by the control unit until the signal is again available to the control unit.
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