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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine entsprechend dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der US Patentschrift 4,947,538 von welchem der Patentanspruch im
Oberbegriff 1 ausgeht, ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der
ein zustellbarer Werkstückgreifer
am Querschlitten der Bearbeitungseinheit angeordnet ist. Die Zustellbewegung
des Greifers ist wegen der Anbringung am Querschlitten jedoch als
gesteuerte Handhabungsachse auszuführen. Die Verfahrbewegungen
der Bearbeitungseinheit können
somit nicht in allen drei Raumachsen für Handhabungsaufgaben genutzt werden.
Darüber
hinaus muss trotz der vertikalen Zustellbewegung ein erweiterter
Verfahrbereich der Querachse vorgesehen werden, welcher für Bearbeitungsoperationen
gesperrt ist, um den Greifer während
der Bearbeitung außerhalb
des Kollisionsbereichs von Arbeitsspindel und Werkstück zu halten. Auch
ergibt sich mit der gewählten
Anordnung des Greifers ein großer
Abstand von der Bearbeitungsposition zur Greifposition, wodurch
eine sehr lange Längsachse
erforderlich wird. Außerdem
ist eine einfache Abschottung des Arbeitsraums nur mit großem Aufwand
zu realisieren, weil der Greifer einen zusätzlichen seitlichen Kollisionsbereich
darstellt.
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Aus
US 4, 637, 107 ist eine
Werkzeugmaschine bekannt, die ebenfalls einen Werkstückgreifer an
einem Querschlitten aufweist. Hier gelten die gleichen Nachteile
wie bei der vorgenannten Lösung.
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Aus
verschiedenen Veröffentlichungen
sind Stangenbearbeitungsmaschinen bekannt, welche Werkstückgreifer
aus dem Werkzeugmagazin in die Bearbeitungsspindel einwechseln.
Das Einwechseln eines Greifers kostet jedoch zusätzliche Wechselzeit und die
Abmessungen und Gewichtsbelastungen der Greifer sind durch die Beschränkungen
innerhalb des Werkzeugmagazins stark reduziert. Aus
DE 44 22 416 C1 ist weiterhin
eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der eine hängende Schlitteneinheit am Ende
der Längsachse
in einen Übergabebereich
für Werkstücke fährt. Bei
dieser Lösung
kann die Arbeitspindel jedoch keine Werkzeuge aus dem Übergabebereich
entnehmen.
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In
DE 100 34 973 C2 wird
eine Universalmaschine beschrieben, bei der das Werkzeugmagazin an
der von den Werkstücken
abgewandten Rückseite des
Werkstückträgers angeordnet
ist und gegebenenfalls mit dem Werkstück mitdrehen kann. Diese Anordnung
erlaubt die Integration der Werkstückhandhabungsbewegung nur bei
einem eingeschränkten
Werkstückspektrum.
Schlanke, lange Werkstücken
können
beispielsweise nicht bearbeitet werden.
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In
US 4,484,387 wird ein Monoblockmaschinenbett
gezeigt, welches an der Front und an den Seiten Führungen
für Bearbeitungseinheiten
aufweist. Diese Anordnung ist nicht für die Integration von Handhabungsaufgaben
gedacht.
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Aus
EP 0 953 403 B1 ist
eine Werkzeugmaschine bekannt, deren Monoblockmaschinenbett Führungen
für Bearbeitungseinheiten
an der Unterseite aufweist. Mit dieser Anordnung sind ebenfalls keine
Handhabungsfunktionen ausführbar.
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Aus
dem allgemeinen Stand der Technik sind vertikale Bearbeitungszentren
mit Wendespannern bekannt, welche entweder auf einer starren Tischeinheit
oder auf einer drehbaren Wechseleinheit angeordnet sind. Diese Anordnung
behindert den Spänefall
und führt
zu einer Aufheizung des unten liegenden Betts. Da diese Betten nicht
nur eine Gestellfunktion haben müssen
sie sehr genau bearbeitet werden.
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Darüber hinaus
ist eine Werkzeugmaschine des Herstellers Röders GmbH, Soltau bekannt,
an welcher mit dem Spindelschlitten eine Greifereinheit zur Handhabung
von Vorrichtungspaletten angedockt wird. Dadurch, dass der Greifer
aus Kollisionsgründen
während
der Bearbeitung zwischengelagert werden muss, führt der Andockvorgang zu einer
Verlängerung
der Palettenwechselzeiten. Das Magazin für Werkstücke und Werkzeuge besteht aus
zwei übereinander
angeordneten Speicherscheiben, die gemeinsam drehen. Wegen der schweren
Vorrichtungspaletten im unteren Magazin kann auch das darüber angeordnete
Werkzeugmagazin nur langsam drehen. Dies führt zu langen Werkzeugwechselzeiten.
Da der Zugriff von oben auf die untere Vorrichtungsspeicherscheibe
durch die zweite Speicherscheibe verhindert wird, lässt sich
auch keine direkte Beladung von im Magazin gespeicherten Werkstücken realisieren.
Die Maschine ist deshalb eher für den
Werkzeugbau und nicht für
die flexible Großserienfertigung
geeignet.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu
finden mit der eine Werkzeugmaschine für die flexible Serienbearbeitung
konzipiert wird, welche auch für
Handhabungsaufgaben geeignet ist, wobei zum Wechseln und Handhaben von
Werkstücken,
Vorrichtungen und Werkzeugen keine zusätzlichen gesteuerten Achsen
vorgesehen sind. Die entsprechenden Greif- oder Magazineinrichtungen
sollen durch die vorhandenen Hauptachsen positioniert werden. Außerdem soll
sich ein klar strukturierter Arbeitsraum mit kostengünstiger
Späneabdeckung
ergeben.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Kern der
Erfindung ist demnach ein Werkstückgreifer,
der am Spindelschlitten zustellbar an der von den Führungen
des Spindelschlittens abgewandten Seite angeordnet ist, sowie ein
Werkstückwendespanner
an dessen Antriebsseite ein mitdrehendes Werkzeugmagazin angeordnet
ist und an dessen Gegenlagerseite der Übergabebebereich eines externen
Speichers für
Vorrichtungspaletten, Werkstücke
und Werkzeuge vorgesehen ist, wobei die hängende Anordnung der Drehachse
des Werkstückwendespanners
so ausgeführt
wird, dass ein Balkenförmiges Maschinenbett
wie die Traverse eines Roboters fungiert und sämtliche Arbeits- und Wechselpositionen zwischen
Werkzeugscheibenmagazin und dem Übergabebereich
sowohl mit den Greifereinheiten als auch mit den Bearbeitungseinheiten
ohne gravierende Verlängerung
der Achsbewegungen erreichbar sind.
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Vorzugsweise
soll ein Werkzeugscheibenmagazin, dessen Werkzeuge 'spießig' zum Zentrum der
Drehachse des Werkstückwendespanners
angeordnet sind, mit der Antriebsseite der Drehachse des Wendespanners
gekoppelt werden, wodurch sich bei Drehung des Wendespanners auch
das Magazin dreht. Zum Werkzeugwechsel im Pick-Up-Modus verfährt die
Bearbeitungseinheit der Maschine in den Übergabebereich des Werkzeugmagazins.
Dieser Bereich ist mit einem Späneschutz
gekapselt und für Bearbeitungsoperationen
gesperrt.
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Der
generelle Vorteil bei Verwendung einer derartigen Kombidrehachse
besteht im Wegfall der separaten Drehachse des Werkzeugmagazins.
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Die
Spindelanordnung der Bearbeitungseinheit kann horizontal oder vertikal
sein. Bei horizontaler Anordnung können zwei gegenüberliegende
Bearbeitungseinheiten auf einen gemeinsamen Werkstückwendespanner
und dessen Werkzeugmagazin zugreifen. Der Vorrichtungsbalken des
Wendespanners muss hierzu im Zentrum der Drehachse angeordnet sein,
damit eine gleichzeitige Bearbeitung an der Front und Rückseite
möglich
ist.
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Der
Greifer am Spindelschlitten der Bearbeitungseinheit ist zustellbar
ausgeführt.
Eine pneumatische Verschiebeeinrichtung für den Greifer ist an der von
den Führungen
des Spindelschlittens abgewandten Seite angeordnet. Der Greifer
kann dort auch durch Klappen oder Drehen zugestellt werden. Zum
Ausführen
von Handhabungsaufgaben wird die Zustellbewegung des Greifers in
einer vorderen Endlage auf Anschlag gebracht. Anschließend kann
der Greifer mit den Verfahrachsen der Maschine positioniert werden
wie ein herkömmlicher
Robotergreifer. Je nach Ausführung
der Greiferzangen können
Vorrichtungsträger
oder Werkstücke
gegriffen werden. Auch kombinierte Greifer sind denkbar. Da der
Greifer nicht langwierig angedockt werden muss, entstehen relativ
kurze Werkstückwechselzeiten.
Außerdem
ergibt sich eine große
Gestaltungsfreiheit bei Werkstückmehrfachgreifern,
weil die Anordnung des Greifers an der Frontseite des Spindelschlittens
dazu führt,
dass der Greifer in seiner zurückgezogenen Position
weder mit Abdeckungen noch mit Vorrichtungselementen kollidiert.
Auf diese Weise ist der Spindelhals des Spindelschlittens während der
Bearbeitung grundsätzlich
Kollisionsfrei.
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Da
der Werkstückwendespanner
direkt an das Maschinenbett angeflanscht ist, ergeben sich ein günstiger
Kraftfluss und ein optimaler Spänefall.
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Am
Maschinenbett müssen
lediglich die Längsführungen
der Bearbeitungseinheit und die Aufnahmen für den Wendespanner bearbeitet
werden. Dies führt
zu einer Reduzierung der Fertigungskosten.
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Das
Ausgießen
mit Beton macht die Gestaltung des Maschinenbettes in Form einer
Balkenförmigen
Traverse möglich.
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Die
Gesamtkonfiguration der Maschine ermöglicht sowohl den selbsttätigen Auftragswechsel als
auch das unbemannte Bearbeiten in der dritten Schicht, obwohl die
Maschine nicht teurer ist als ein vergleichbares herkömmliches
Bearbeitungszentrum mit Werkzeugmagazin und Palettenwechsler.
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In
der zweispindligen Ausführung
ergibt sich zusätzlich
noch der Vorteil, dass bei Kostengleichheit zu anderen Zweispindlem
die Positionen der Spindeleinheiten in allen drei Raumachsen unabhängig voneinander
korrigiert werden können.
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Einzelheiten
der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnungen näher
erläutert.
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1 Isometrische
Darstellung der einspindligen Maschine mit Rundspeicher
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2 Isometrische
Darstellung des Werkstückwendespanners
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3 Isometrische
Darstellung der zweispindligen Maschine mit Ovalspeicher
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4 Isometrische
Darstellung der zweispindligen Maschine (schräg, von unten)
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5 Schwenkbarer
Werkstückmehrfachgreifer
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Am
Balkenförmigen
Maschinenbett (1) wird auf einem Längsschlitten (2) ein
Querschlitten (3) und ein Spindelschlitten (5)
geführt.
An der von den Führungen
(4) des Spindelschlittens (5) abgewandten Seite
ist ein Werkstückgreifer
(6) zustellbar angeordnet. Die Zustellbewegung kann durch
einen verfahrbaren Greiferschlitten (7) oder durch einen Klappgelenk
(8) oder einen Schwenkgelenk (27) erfolgen. Mit
dem Werkstückgreifer
(6) können
entweder Vorrichtungspaletten (13) oder Werkstücke (14) gegriffen
werden.
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Am
Maschinenbett ist ein Werkstückwendespanner
(9) angeordnet, in dessen Antriebsseite (10) ein
Werkzeugscheibenmagazin (11) integriert ist, welches sich
gemeinsam mit dem Vorrichtungsbalken (12) des Werkstückwendespanners
(9) dreht. An der Gegenlagerseite (15) des Werkstückwendespanners
(9) ist der Übergabebereich
(19) eines externen Speichers (25) für Vorrichtungspaletten
(13) Werkstückpaletten
(16) und Werkzeugkassetten (17) vorgesehen. Zwischen
dem internen Werkzeugscheibenmagazin (11) und dem externen
Speicher (25) sind kurze Wege zurückzulegen, wodurch während der
Bearbeitung sowohl aus dem externen als auch aus dem internen Bereich
Werkzeuge (18) aufgerufen werden können.
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Nach
der Bearbeitung eines Werkstücks
(14) wird das zuletzt aufgerufene Werkzeug (18)
im Werkzeugscheibenmagazin (11) abgelegt und währenddessen
eine Werkstückpalette
(16) im Übergabebereich
(19) des externen Speichers (25) positioniert. Daraufhin
wird der Werkstückgreifer
(6) zugestellt und durch Verfahren des Spindelschlittens
(5) in eine Greifposition zum Werkstück (14), welches sich
auf dem Vorrichtungsbalken (12) des Werkstückwendespanners
(9) befindet, gebracht. Nachdem das Werkstück (14)
gegriffen wurde, wird es durch Verfahrbewegungen von Spindelschlitten
(5), Querschlitten (3) und Längsschlitten (2) auf
der im Übergabebereich (19)
des externen Speichers (25) wartenden Werkstückpalette
(16) abgelegt. Ein neues Rohteil wird dann entnommen und
auf dieselbe Weise wieder auf dem Vorrichtungsbalken (12)
gespannt.
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Auf
dem Vorrichtungsbalken (12) können auch standardisierte Vorrichtungspaletten
(13) gespannt werden. Mit einem geeigneten Werkstückgreifer
(6) können
die Vorrichtungspaletten (13) gleichermaßen gewechselt
werden. Durch Bestückung
der unterschiedlichen Paletten und Kassetten in einem Rüstbereich
(20) ist so ein automatischer und Hauptzeitparalleler Auftragswechsel
sowie ein automatischer Bedienungsarmer Betrieb der Maschine möglich.
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Das
Balkenförmige
Maschinenbett (1) ruht auf einem einfachen Schweißgestell
(21) welches vorzugsweise aus zwei Säulen besteht. Auf dem Schweißgestell
(21) kann das Balkenförmige
Maschinenbett (1) auch so angeordnet werden, dass die Aufnahmen
des Werkstückwendespanners
(9) an der Gegenlagerseite (15) und an der Antriebsseite
(10) nicht nach vorne hängen,
sondern nach unten weisen. Mit dieser Anordnung ergibt sich die
Möglichkeit zwei
Spindelschlitten (6a, b) gegenüberliegend am Balkenförmigen Maschinenbett
(1) anzuordnen. Beide Spindelschlitten (5a, b)
greifen auf dasselbe Werkzeugscheibenmagazin (11) zu, indem
jeweils die Hälfte
der Scheibe einer Bearbeitungseinheit zugeordnet wird. Auch die
beiden Werkstückgreifer
(6a, b) greifen auf denselben externen Speicher (25)
zu.
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Da
das Balkenförmige
Maschinenbett sehr schlank ausgeführt ist, wird es vorzugsweise
mit Beton ausgegossen.
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Der
externe Speicher (25) kann beispielsweise als Rundspeicher
oder als Ovalband ausgeführt sein.
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Damit
die Zustellung von Werkstückgreifem (6),
welche mehrere Werkstücke
(14) gleichzeitig halten, möglich wird, kann auch ein Schwenkgelenk
(27) vorgesehen werden, an dem der Werkstückgreifer
(6) aus der hinteren Ruhelage in seine Greifposition nach
vorne in den Bereich neben der Spindelnase (24) geschwenkt
wird. Gegenüber
der verschiebbaren oder klappbaren Zustellbewegung bietet die Schwenkvariante
den Vorteil, besonders breite Werkstückgreifer (6) in der
Ruhelage nicht über
die Breite des Spindelschlittens (5) hinausragen zu lassen.
In der Ruhelage ergibt sich auf diese Weise auch bei Verwendung
von Mehrfachgreifern während
des Zerspanungsprozesses keine Kollision des Greifers mit Elementen
des Werkstückwendespanners,
des Werkzeugmagazins, der Vorrichtungselemente oder mit dem Werkstück.
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Die
Späneabschottung
ist mit geeigneten Abstreifern ausgestattet. Aus dieser geraden
Wand (26) ragt der Querschlitten (3) heraus auf
welchem der Werkstückgreifer
(6) an der den Führungen
gegenüberliegenden
Seite aufgesetzt ist. Im Vergleich zu einer seitlichen Greiferanordnung
am Querschlitten mit entsprechend notwendigen Aussparungen oder
Klappen für
den Greifer wird auf diese Weise eine Verlängerung der Längsachse
vermieden und ein klar strukturierter Arbeitsraum ohne Spänenester geschaffen.