DE10053804A1

DE10053804A1 - Werkstückwechsler

Info

Publication number: DE10053804A1
Application number: DE2000153804
Authority: DE
Inventors: Achim Feinauer; Peter Henzler
Original assignee: Ex Cell O GmbH
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: DE10053804B4

Abstract

Offenbart wird ein Werkstückwechsler, bei dem eine auf eine Linearachse aufgesetzte Drehachse mit einem Holegreifer und einem Bringegreifer ausgeführt ist und der Werkstückwechsel über die Drehachse durch gleichzeitiges Ein- und Ausschwenken des unbearbeiteten bzw. bearbeiteten Werkstücks erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkstückwechsler für zumindest eine Bearbeitungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei flexiblen Werkzeugmaschinensystemen kommen für einen Werk stückwechsel nach heutigem Stand der Technik meist Palettenwechsler oder eine direkte Beladung auf den Bearbeitungstisch einer Bearbei tungseinheit mittels Portal oder Roboter zum Einsatz.

Palettenwechsler können sowohl als Schiebe- oder als Drehpalettenwechsler ausgeführt sein. Aus der DE 197 36 252 ist ein Drehpalettenwechsler bekannt, bei dem sich eine Palette mit zumindest einer zugeordneten Spannvorrichtung und einem Werkstück in einer Bela deposition befindet, in der das Werkstück zu- bzw. abgeführt wird, während sich eine zweite beladene Palette im Arbeitsraum angeordnet ist. Durch Drehen eines Palettenträgers kann die sich in der Bearbei tungsposition befindliche Palette gegen die in der Beladeposition be findliche Palette ausgetauscht werden. Bei einem Schiebepalettenwechs ler wird anstelle der Drehbewegung des Palettenträgers eine Linearbe wegung durchgeführt, um die Paletten zu wechseln.

Diese Lösungen haben den Nachteil, daß für eine Werkzeugmaschine zwei Vorrichtungen und zwei Paletten benötigt werden. Da zusätzlich zu den eigentlich zu tauschenden Werkstücken auch noch die genannten Kom ponenten (Palette, Vorrichtung) gewechselt werden muß, ergibt sich ei ne hohe Massenbelastung für den Palettenwechsler. Dies gilt insbeson dere bei Werkstücken aus Leichtmetallen, bei denen das Vorrichtungs- und Palettengewicht das Werkstückgewicht um ein Vielfaches übersteigt, so daß die Massenbelastung des Palettenwechslers im Wesentlichen durch diese Komponenten bestimmt ist.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Lösungen liegt darin, daß die Palette bei einer automatischen Beschickung außerhalb des Arbeits raums mit Spannenergie versehen werden muß, um einen Werkstückwechsel aus der Vorrichtung heraus, bzw. hinein durchführen zu können.

Aufgrund dieser Nachteile ist man bei flexiblen Systemen bestrebt, direkt auf den Bearbeitungstisch, bzw. in die im Arbeitsraum aufgenom mene Vorrichtung zu beladen. Hierbei wird das bereits bearbeitete Werkstück aus dem Arbeitsraum entladen und anschließend ein anderes Werkstück eingeladen. Bei kleineren, eine Mehrfachaufspannung ermögli chenden Werkstücken sind auch Lösungen bekannt, bei denen sowohl ein mit einem Werkstück bestückter Bringegreifer, als auch ein leerer Ho legreifer gemeinsam in den Arbeitsraum einfahren und innerhalb des Ar beitsraums beim Werkstückwechsel vertakten bzw. drehen, so daß der Ho legreifer das bearbeitete Werkstück greift und der Bringegreifer ein zu bearbeitendes Werkstück der Vorrichtung zuführt.

Die Bereitstellungsposition derartiger Doppelgreifer befindet sich aufgrund der vorhandenen Störkontur des Greifers mit dem Werkstück meist weit außerhalb des Maschinenarbeitsraums. Aufgrund der erforder lichen langen Einfahrbewegung und des beschränkten Platzes innerhalb des Arbeitsraumes kommt dabei bei größeren Werkstücken nur eine se quentielle Entladung und Beladung in frage.

Es sind des weiteren Werkstückwechsler in Portalbauweise bekannt, bei denen ein Portal einen in Längsrichtung mit Bezug zur Bearbei tungseinheit verfahrbaren Laufwagen hat, der über zwei vertikale Ach sen mit jeweils einem Werkstückgreifer verfügt. Zu Beginn des Entla dens steht ein leerer Greifer über der Bearbeitungseinheit in Wartepo sition. Nach Öffnen einer Ladeluke der Maschinenverkleidung kann der Greifer in Vertikalrichtung in die Maschine einfahren und das Werk stück greifen. Zum Ausfahren ist eine relativ lange Vertikalbewegung erforderlich, um neben dem Greifer auch das Werkstück in voller Höhe aus dem Arbeitsraum herauszuheben. Anschließend vertaktet der Laufwa gen des Portals, um die zweite Vertikalachse mit dem zu bearbeitenden Werkstück im Greifer mit Bezug zur Ladeluke auszurichten. Die Einfahr bewegung dieses Bringegreifers ist dann ähnlich lang wie die vorherige Ausfahrbewegung des Holegreifers. Nach dem Absetzen des Werkstücks auf dem Bearbeitungstisch wird der Greifer geöffnet und kann über eine re lativ kurze Vertikalbewegung aus dem Maschinenraum ausgefahren werden.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß aufgrund der oftmals erheb lichen Werkstückhöhe lange Vertikalhübe mit einer damit verbundenen erheblichen Bauhöhe für das Portal erforderlich sind. Die langen Hübe bedingen zusätzlich lange Werkstückwechseleinheiten, so daß ein derar tiger Werkstückwechsel deutlich mehr Zeit benötigt als ein Werkstück wechsel mit Palettenwechsler.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Werk stückwechsler zu schaffen, der einen schnellen Werkstückwechsel mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch einen Werkstückwechsler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist der Werkstückwechsler mit einer Linearachse ausgeführt, auf die eine als Drehachse ausgeführte zweite Achse mit zumindest zwei Werkstückgreifern aufgesetzt ist. Über die vorzugsweise als Vertikalachse ausgeführte Linearachse lassen sich die Greifer in den Arbeitsraum einfahren, bzw. aus dem Arbeitsraum herausfahren. Der Werkstückwechsel erfolgt über die aufgesetzte Drehachse, so daß durch deren Ansteuerung ein Greifer mit dem bearbeiteten Werkstück aus dem Arbeitsraum ausgeschwenkt und gleichzeitig ein anderes, zu bearbeiten des Werkstück in den Arbeitsraum eingeschwenkt wird. Das heißt, bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt der Werkzeugwechsel durch gleich zeitiges Ein- und Ausschwenken eines bearbeiteten und eines unbearbei teten Werkstückes. Bei dieser Lösung muß nach dem Ergreifen des bear beiteten Werkstückes nur eine sehr kurze Hubbewegung durchgeführt wer den, um das bearbeitete Werkstück aus der Vorrichtung auszuheben - der eigentliche Werkstückwechsel erfolgt durch die vorbeschriebene Schwenkbewegung über die Drehachse, wobei Ein- und Ausschwenken der Werkstücke in bzw. aus dem Arbeitsraum gleichzeitig geschieht.

Die erfindungsgemäße Konstruktion hat gegenüber den eingangs be schriebenen Lösungen den Vorteil, daß lediglich eine Palette mit einer zugeordneten Vorrichtung erforderlich ist und daß das beim Werkstück wechsel zu bewegende Gewicht im Wesentlichen durch das Werkstückgewicht und das Gewicht der Greifer bestimmt ist, so daß die zu beschleunigende Masse gegenüber den eingangs beschriebenen Palet tenwechslern wesentlich geringer ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung keine Energiezufuhr für die Spannvorrichtung außerhalb des Arbeitsraums vorgesehen werden muß. Gegenüber dem Werkzeugwechsler in Portalbauweise hat die erfindungsge mäße Lösung den Vorteil, daß der Werkstückwechsel im Wesentlichen durch eine sehr kurze Hubbewegung und eine Verschwenkung der Greifer um die Drehachse möglich ist, während bei der bekannten Bauweise sehr lange Ausfahr- und Einfahrhübe, sowie ein Vertakten erforderlich war, um die beiden an getrennten Vertikalachsen angeordneten Greifer in ih re Arbeitspositionen zu bringen.

Bei einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Lösung ist ein Wandungsteil des Arbeitsraums derart ausgebildet, daß es mit der Dreh achse mitschwenkt, so daß keine gesonderte Steuerung erforderlich ist, um dieses Wandungsteil aus dem Schwenkbereich der Greifer herauszube wegen. Durch die Ankoppelung des Wandungsteils an die Drehachse ist ein hoher Gleichzeitigungfaktor für unterschiedliche Funktionen gege ben.

Diese Wirkverbindung zwischen Drehachse und Wandungsteil kann bei spielsweise über eine Kupplungseinrichtung erfolgen, die beim Absenken der Vertikalachse an das Wandungsteil drehfest ankuppelt.

Zur Abstützung der Drehachse während der Schwenkbewegung kann das Wandungsteil drehbar auf einem Stützkörper eines Maschinenbetts abge stützt werden.

Die Ein- und Ausfahrbewegung der Greifer in den Arbeitsraum in Vertikalrichtung ist besonders einfach, wenn dieser mit einer Ladeluke versehen wird, durch die hindurch ein Greifer bei Ansteuerung der Li nearachse in den Arbeitsraum einfährt. Diese Ladeluke kann beispiels weise entlang zweier linearer Führungen verschiebbar in der Maschinen verkleidung gelagert sein, wobei vorzugsweise ein Führungsteil einer Führung an dem schwenkbaren Wandungsteil befestigt ist.

Der erfindungsgemäße Werkzeugwechsler wird vorteilhafterweise in Portalbauweise ausgeführt, wobei die Vertikalachse und die Drehachse an einem entlang eines Portals verfahrbaren Laufwagen ausgebildet sind.

Insbesondere bei der Bearbeitung von großen Werkstücken kann es vorteilhaft sein, wenn der Drehachse eine Fixiereinrichtung zugeordnet ist über die eine Abstützung beim Verfahren des Portals ermöglicht ist.

Die Drehachse wird vorzugsweise als NC-Achse ausgebildet. Die Greifer können in beliebiger geeigneter Bauweise, beispielsweise als H-Greifer ausgeführt sein.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen stand weiterer Unteransprüche.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfin dung anhand einer schematischen, stark vereinfachten Darstellung eines erfindungsgemäßen Werkstückwechslers erläutert.

Der in der einzigen Figur dargestellte Werkstückwechsler 1 ist ei ner Bearbeitungseinheit, beispielsweise einer Werkzeugmaschine zuge ordnet, von der in der gewählten Darstellung lediglich ein Arbeitsraum 2 angedeutet ist. Dieser wird von einer Maschinenverkleidung 4 und ei nem Bearbeitungstisch 6 begrenzt, auf dem eine Palette 8 und eine Spann-Vorrichtung 10 zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstücks 12 angeordnet sind. Die Maschinenverkleidung 4 ist mit einer in Horizon talrichtung verlaufenden Ladeluke 14 versehen, die entlang von Führun gen 16, 18 senkrecht zur Zeichenebene verfahrbar ist, um das Werkstück 12 in den Arbeitsraum 2 hinein oder aus diesem heraus zu fahren.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Werkstückwechs ler 1 ein Portal 20, an dem ein beispielsweise senkrecht zur Zeichen ebene verfahrbarer Laufwagen 22 geführt ist. Dieser trägt eine Verti kalachse 24, auf die eine Drehachse 26 aufgesetzt ist. An dieser ist ein Werkstückträger 28 mit einem Bringegreifer 30 und einem Holegreifer 32 mit den zugeordneten, nicht dargestellten Betätigungsmitteln befestigt, über die die Greifer 30, 32 betätigbar sind. Bei dem darge stellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Greifer 30, 32 jeweils mit etwa L-förmigen Greifarmen 34 ausgeführt, die durch Verschwenken um ein Schwenklager 36, Linearverschiebung oder Drehen um eine verti kale Achse in eine Eingriffspositon mit Bezug zum Werkstück bringbar sind. Diese Eingriffspostion ist in der Figur rechts dargestellt, wo bei ein sich in einer Warteposition befindliches, zu bearbeitendes Werkstück 13 über die Greifarme 34 gegen Zentrierkörper 38 am Werk stückträger 28 vorgespannt ist, so daß eine exakte Lagepositionierung der Werkstücke 12, 13 mit Bezug zu den Vorrichtungen 10 möglich ist.

Wie des weiteren in der Figur angedeutet ist, hat der Werkstückträger 28 im Bereich zwischen den beiden Greifern 30, 32 eine Kupplungseinrichtung 40, die beim Absenken des Werkstückwechslers 1 mittels der Vertikalachse 24 in Eingriff mit einem drehbar gelagerten Wandungsteil 42 der Maschinenverkleidung 4 bringbar ist. Das heißt, durch Absenken des Werkstückträgers 28 gelangt die Kupplungseinrich tung 40 in Eingriff mit dem Wandungsteil 42, so daß dieses drehfest mit dem Werkstückträger 28 und somit der Drehachse 26 verbunden ist.

Zur Abstützung der Drehachse 26 während der im folgenden beschrie benen Schwenkbewegung kann am unteren Endabschnitt des Wandungsteils 42 ein Schwenklager 44 vorgesehen werden, über das das Wandungsteil 42 während der Schwenkbewegung auf einem Lager 46 der Bearbeitungseinheit abgestützt ist.

Wie aus der Darstellung hervorgeht, trägt das verschwenkbare Wan dungsteil 42 Führungen 18, 18' entlang denen die Ladeluke 14 ver schiebbar ist. Das heißt, je nach Schwenkposition läßt sich eine der Führungen 18 bzw. "18'" in die Führungsposition mit Bezug zur Ladeluke 14 bringen.

Der erfindungsgemäße Werkstückwechsler 1 hat eine nicht dargestellte Fixiereinrichtung, über die die Drehachse 26 während der Ausfahr- und Einfahrbewegung und der Verfahrbewegung des Laufwagens zwischen einzelnen Bearbeitungsstationen abgestützt ist. Diese Abstützung ist aufgrund der einseitigen Belastung bei schweren Werkstücken 12 bzw. 13 vorteilhaft.

Die Anordnung des Portals 20 kann so gewählt werden, daß der er findungsgemäße Werkstückwechsler 1 mehreren Bearbeitungseinheiten zu geordnet ist.

Zum besseren Verständnis wird im folgenden die Funktion des Werk stückwechslers 1 erläutert. Es sei angenommen, daß das im Arbeitsraum 2 aufgenommene Werkstück 12 bearbeitet und einem weiteren Fertigungs schritt zugeführt werden soll. Der Bringegreifer 30 greift ein zu be arbeitendes Werkstück 13, während die Holegreifer 32 leer sind. Die Vertikalachse 24 und der Laufwagen 22 sind in eine Grundposition ge fahren, in der der leere Bringegreifer 32 oberhalb der geschlossenen Ladeluke 14 angeordnet ist. Zum Werkstückwechsel wird die Ladeluke 14 geöffnet und der Holegreifer 32 durch Ansteuerung der Vertikalachse 24 in der Darstellung nach unten gefahren, bis die Greifarme 34 in ihre vorbestimmte Greifposition mit Bezug zum bearbeiteten Werkstück 12 ge bracht sind. Während dieser über die Vertikalachse 24 durchgeführten Einfahrbewegung gelangt die Kupplungseinrichtung 40 in Eingriff mit dem verschwenkbaren Wandungsteil 42 der Maschinenverkleidung 4, so daß dieses drehfest mit dem Werkstückträger 28 verbunden ist.

Anschließend wird das vom Holegreifer 32 gehaltene, bearbeitete Werkstück 12 durch eine kurze Hubbewegung der Vertikalachse 24 aus der Vorrichtung 10 ausgehoben. Für den Fall, daß das Werkstück 12 in Hori zontalrichtung in die Vorrichtung 10 eingesetzt ist, kann diese Aus hebbewegung auch über die Z-Achse der Maschine erfolgen.

Anschließend wird durch Ansteuerung der vorzugsweise als NC-Achse ausgeführten Drehachse 26 das im Bringegreifer 30 aufgenommene, zu be arbeitende Werkstück 13 in den Arbeitsraum 2 eingeschwenkt, wobei gleichzeitig das im Holegreifer 32 aufgenommene bearbeitete Werkstück 12 aus dem Arbeitsraum 2 herausgeschwenkt wird. Während dieser Schwenkbewegung um 180° schwenkt das Wandungsteil 42 mit, wobei die Drehachse 26 über das Schwenklager 24 auf dem Lager 46 abgestützt ist, so daß die Drehachse während der Schwenkbewegung zusätzlich stabili siert wird.

Durch die Anbindung des Wandungsteils 42 an den Werkstückwechsler 1 ist keine eigene Betätigungseinrichtung für das Wandungsteil 42 er forderlich, um dieses aus dem Kollisionsbereich mit dem Werkstückwechsler 1 zu bringen. Durch die Schwenkbewegung des Wan dungsteils 42 wird die außenseitige Führung 18' in die Bezugsposition zur Ladeluke 14 gebracht und die Führung 18 ausgeschwenkt. Selbstver ständlich ist es auch möglich, diese Führungen 18 ortsfest und unab hängig vom Wandungsteil 42 anzuordnen.

Anschließend wird durch Ansteuern der Vertikalachse (Portalachse) der Greifer 34 durch eine kurze Hubbewegung aus dem Arbeitsraum 2 her ausgefahren und die Ladeluke 14 geschlossen, so daß die Bearbeitung des Werkstücks 13 erfolgen kann. Das im bisherigen Holegreifer 32 auf genommene, bearbeitete Werkstück 12 kann dann durch Verfahren der Ver tikalachse 24 und des Laufwagens 22 entlang dem Portal 20 zu der näch sten Bearbeitungsstation oder zu einem Be-/Entladeplatz verfahren wer den.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Werkstückwechslers 1 liegt darin, daß aufgrund der sehr kurzen Hubbewegungen die Vertikal achse 24 relativ kurz ausgeführt werden kann, so daß die Bauhöhe des Werkstückwechslers 1 gegenüber den eingangs beschriebenen Portalkon struktionen erheblich verringert ist. Die Werkstückwechselzeiten sind mit denjenigen herkömmlicher Palettenwechsler vergleichbar, wobei auf grund des geringen Baugewichts des Werkstückwechslers 1 die Massenbe lastung wesentlich verringert ist, so daß ein schnellerer Werkstück wechsel bei verringerter Antriebsleistung ermöglicht ist.

Offenbart ist ein Werkstückwechsler, bei dem eine auf eine Line arachse aufgesetzte Drehachse mit einem Holegreifer und einem Bringe greifer ausgeführt ist und der Werkstückwechsel über die Drehachse durch gleichzeitiges Ein- und Ausschwenken des unbearbeiteten bzw. be arbeiteten Werkstückes erfolgt.

Bezugszeichenliste

1

Werkstückwechsler

2

Arbeitsraum

4

Maschinenverkleidung

6

Bearbeitungstisch

8

Palette

10

Vorrichtung

12

Werkstück

13

Werkstück

14

Ladeluke

16

Führung

18

Führung

20

Portal

22

Laufwagen

24

Vertikalachse

26

Drehachse

28

Werkstückträger

30

Bringegreifer

32

Holegreifer

34

Greifarme

36

Schwenklager

38

Zentrierkörper

40

Kupplungseinrichtung

42

Wandungsteil

44

Schwenklager

46

Lager

Claims

1. Werkstückwechsler für zumindest eine Bearbeitungseinheit, mit einem Greifer (30) für ein zu bearbeitendes Werkstück (13) und einem Greifer (32) für ein bearbeitetes Werkstück (12), wobei jeder Greifer (30, 32) über eine gemeinsame Linearachse (24) in einen Arbeitsraum (2) der Bearbeitungseinheit absenkbar ist, gekennzeichnet durch eine Drehachse (26), über die der eine Greifer (30) in den Arbeitsraum (2) einfahrbar und der andere Greifer (32) aus dem Arbeitsraum (2) aus fahrbar ist.

2. Werkstückwechsler nach Patentanspruch 1, wobei über die Dreh achse (26) ein zwischen den Greifern (30, 32) angeordnetes Wandungs teil (42) des Arbeitsraums (2) drehbar ist.

3. Werkstückwechsler nach Patentanspruch 2, mit einer Kupplungseinrichtung (40) der Linear- oder Drehachse (24, 26), die beim Verfahren der Greifer (30, 32) entlang der Linearachse (24) drehfest an das Wandungsteil (42) ankuppelbar ist.

4. Werkstückwechsler nach Patentanspruch 3, wobei das Wandungsteil (42) über ein Schwenklager (44) drehbar auf einem Lager (46) der Bear beitungseinheit abgestützt ist.

5. Werkstückwechsler nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Ladeluke (14), durch die hindurch ein Greifer (30, 32) in den Arbeitsraum (2) einfährt und die über zwei Führungen (16, 18; 18') geführt ist, wobei ein Führungsteil einer Führung (18, 18') an dem Wandungsteil (42) befestigt ist.

6. Werkstückwechsler nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Fixiereinrichtung zum Fixieren der Drehachse (26) während einer Linearbewegung.

7. Werkstückwechsler nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Linearachse (24) an einem entlang einem Portal (20) verfahrbaren Laufwagen (22) ausgebildet ist und die Drehachse (26) auf die Linearachse (24) aufgesetzt ist.

8. Werkstückwechsler nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Drehachse (26) als NC-Achse ausgeführt ist.