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Die
Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum und ein Verfahren zum
materialabtragenden Bearbeiten von Werkstücken.
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Bei
der Herstellung von beispielsweise Schaltschränken werden Metallplatten benötigt, die über entsprechende
Aussparungen und Löcher
für die
Montage des Schranks selbst und für das Anbringen von elektronischen
Bauteilen oder Bedieneinheiten verfügen. Zur Erzeugung dieser Aussparungen und
Löcher
werden die einzelnen metallischen Platten oder ein vorgefertigter
metallischer Kubus in einem Bearbeitungszentrum bearbeitet. In bekannten Bearbeitungszentren
wird das Werkstück,
z. B. eine Platte, auf einer oder gegen eine Auflagefläche vertikal
festgespannt. Ein Bearbeitungskopf, der entsprechende Werkzeuge
aufnehmen kann, verfährt
computergesteuert relativ zur Auflagefläche an vorher festgelegte Punkte.
Es werden Löcher
verschiedener Größen in das
Werkstück
gebohrt oder Aussparungen gefräst.
Hierzu verfügt
der Bearbeitungskopf über
eine Frässpindel.
Beim Bohren oder Fräsen,
wie auch bei anderen materialabtragenden Bearbeitungsverfahren entsteht
an den Schnittflächen
ein Grat, der entfernt werden muss. Dies geschieht entweder manuell
oder automatisch mittels eines geeigneten Entgratungswerkzeugs.
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Zumeist
sind die zu bearbeitenden Platten mit einer Oberflächenveredelung,
wie einer Lackierung oder Verzinkung, versehen. Diese Schutzschicht
wird durch das Bearbeiten an den Schnittflächen freigelegt. Dies führt bei
der Lagerung oder beim Transport zur Korrosion des Werkstücks.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Gefahr von Korrosionen am
Werkstück
zu reduzieren.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Bearbeitungszentrum und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. In davon
abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung
angegeben.
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Ein
erfindungsgemäßes Bearbeitungszentrum
zum materialabtragenden Bearbeiten von plattenförmigen oder aus Platten gebildeten
Werkstücken
umfasst zur Nachbearbeitung der freiliegenden Schnittflächen des
Werkstücks
ein Lackierwerkzeug zum Auftragen von Farbe auf die Schnittflächen. Dadurch
können
die durch die Bearbeitung freigelegten Flächen des Werkstücks in dem
Bearbeitungszentrum durch Auftragen der Farbe, insbesondere Lack, sofort
nach der materialabtragenden Bearbeitung gegen Korrosion geschützt werden.
Ebenso können
andere Flächen
des Werkstücks,
die nicht oder nicht ausschließlich
gegen Korrosion geschützt
werden müssen,
in dem erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrum
lackiert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführung
umfasst das Bearbeitungszentrum ein Werkzeugmagazin, in dem sowohl
die Werkzeuge zur materialabtragenden Bearbeitung als auch das Lackierwerkzeug
zur Aufnahme durch den Bearbeitungskopf ablegbar sind. Ein solches
Werkzeugmagazin ist so angeordnet, dass der Bearbeitungskopf Werkzeuge
aus jeder Ablageposition des Werkzeugmagazins aufnehmen und ablegen
kann. Dies ermöglicht
ein automatisches Wechseln der Werkzeuge, einschließlich des
Lackierwerkzeugs, das in den Programmablauf integriert werden kann.
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Ein
erfindungsgemäßes Bearbeitungszentrum
ist in einer bevorzugten Ausführung
eingerichtet, die Menge der mittels des Lackierwerkzeugs aufzutragenden
Farbe pneumatisch zu dosieren, d. h. die Menge der aufzutragenden
Farbe wird mittels Druckluft reguliert. Dies ist vorteilhaft, weil
Druckluft in der Regel ohnehin zur Verfügung steht, z. B. zum Freiblasen
des Werkzeugs.
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Hierzu
kann der Anzugsbolzen der Werkzeugaufnahme oder die Werkzeugaufnahme
des Lackierwerkzeugs eine Passage für Druckluft aufweisen. Vorzugsweise
besitzt die Passage für
Druckluft einen Anschluss in radialer Richtung des Lackierwerkzeugs
an eine zum Zuführen
von Druckluft eingerichtete Druckluftleitung. Der Anschluss kann
in der Werkzeugaufnahme oder im Anzugsbolzen zum Beispiel mit einer
Umlaufnut erfolgen. Alternativ kann der Anschluss an die Druckluftleitung
auch in axialer Richtung am Anzugsbolzen ausgebildet sein.
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Das
Lackierwerkzeug kann weiter einen Farbvorratsraum umfassen, in dem
ein Kolben eingerichtet ist, pneumatisch verlagert zu werden. Dadurch kann
das Volumen des Farbvorratsraums zum Dosieren der auf das Werkstück aufzutragenden
Farbe verändert
werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung des
Bearbeitungszentrums umfasst das Lackierwerkzeug eine dem pneumatischen
Druck entgegen wirkende Rückstellfeder.
Dadurch wird beim Abschalten des pneumatischen Drucks das Volumen
des Farbvorratsraums vergrößert und
die Farbe in den Farbvorratsraum zurückgezogen, um so ein Tropfen
der Farbe zu verhindern.
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Dies
kann alternativ durch eine Einrichtung realisiert werden, die einen
Unterdruck in dem Farbvorratsraum erzeugt.
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Bei
der materialabtragenden, vorzugsweise spanenden Bearbeitung von
Werkstücken
entstehen Späne,
die abtransportiert werden müssen.
Die dazu eingesetzte Druckluft wird vorteilhaft sowohl zum pneumatischen
Dosieren der auf das Werkstück
aufzutragenden Farbe während
des Lackierens als auch als Sperrluft für eine oder mehrere Blasluftöffnungen zum
Freiblasen des Werkzeugs während
der materialabtragenden Bearbeitung des Werkstücks verwendet.
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In
einer bevorzugten Ausführung
des Bearbeitungszentrums enthält
die Druckluftleitung ein variabel einstellbares Druckventil. Durch
ein solches Druckventil kann der Druck in der Druckluftleitung reduziert
werden, um so den Druck zum pneumatischen Dosieren der aufzutragenden
Farbmenge individuell einstellen und an sich ändernde Verhältnisse anpassen
zu können.
Ein solches Druckventil ist vorzugsweise elektrisch einstellbar
und in einen Steuer- und/oder Regelkreis eingebunden.
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Das
Dosieren der Menge der aufzutragenden Farbe kann auch auf einem
anderen Wege als zuvor beschrieben realisiert werden. Beispielsweise umfasst
das Lackierwerkzeug gemäß einer
anderen bevorzugten Ausgestaltung des Bearbeitungszentrums einen
Farbvorratsraum, dessen Volumen durch die Drehung einer Spindel
des Bearbeitungskopfes abhängig
von der Spindeldrehzahl vari ierbar ist, um auf diese Weise die Menge
der aufzutragenden Farbe dosieren zu können.
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Gemäß einer
noch anderen Ausgestaltung kann das Dosieren der Menge der aufzutragenden Farbe
mittels eines elektrischen Stellmotors realisiert werden, durch
den das Volumen des Farbvorratsraums variierbar ist.
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Es
ist vorteilhaft, wenn das Lackierwerkzeug in einer Spindel des Bearbeitungskopfes
aufgenommen werden kann. Dann können
in demselben Bearbeitungskopf sowohl materialabtragende Werkzeuge als
auch das Lackierwerkzeug aufgenommen werden, wodurch eine Integration
des Lackierens in den automatischen Programmablauf besonders einfach möglich wird.
Insbesondere lässt
sich das Lackierwerkzeug dann auch um seine Längsachse drehen, was besonders
vorteilhaft ist, wenn zum Auftragen der Farbe ein Pinsel vorgesehen
ist.
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Das
Werkzeugmagazin kann bevorzugt eine verlagerbare Verschlusskappe
für das
Lackierwerkzeug umfassen, um das Lackierwerkzeug im Ruhezustand
zu schützen.
Um die Aufnahme und das Ablegen des Lackierwerkzeugs im Werkzeugmagazin nicht
zu behindern, ist die Verschlusskappe verlagerbar ausgeführt. Bei
Anwesenheit des Bearbeitungskopfs kann sie in eine Position verfahren
werden, die das Lackierwerkzeug freigibt. Nach dem Ablegen des Lackierwerkzeugs
im Werkzeugmagazin kann die Verschlusskappe über das Lackierwerkzeug verlagert
werden.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zum materialabtragenden Bearbeiten von Werkstücken unter Verwendung des vorbeschriebenen
Bearbeitungszentrums umfasst die Schritte des materialabtragenden
Bearbeitens des Werkstücks
und des sich daran anschließenden
Lackierens von durch die Bearbeitung freigelegten Flächen des
Werkstücks,
ohne dass das Werkstück
dazu umgespannt oder dem Bearbeitungszentrum entnommen zu werden
braucht.
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Nach
dem Lackieren ist es vorteilhaft das Volumen des Farbvorratsraums
zu vergrößern, um
die Farbe in den Farbvorratsraum zurückzuziehen und so ein Tropfen
zu vermeiden. Dies kann in verschiedenen bevorzugten Ausführungen
des Verfahrens realisiert werden, entweder durch eine Rückstellfeder in
dem Farbvorratsraum, durch Erzeugen eines Unterdrucks in dem Farbvorratsraum,
durch Zurückfahren
des Kolbens durch Drehung der Spindel oder durch Zurückfahren
des Kolbens mittels eines elektrischen Stellmotors.
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Um
den Pinsel für
das Lackieren vorzubereiten, ist es von Vorteil, vor dem Lackieren
Farbe in den Pinsel vorzudosieren. Hierbei genügt ein kurzer Impuls um eventuell
eingetrocknete Stellen des Pinsels mit Farbe zu benetzen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Bearbeitungszentrum,
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2 ein
Lackierwerkzeug gemäß einer
ersten Ausführungsvariante
mit axialem Druckluftanschluss,
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3 ein
Lackierwerkzeug gemäß einer
ersten Ausführungsvariante
mit radialem Druckluftanschluss,
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4 ein
Lackierwerkzeug gemäß einer zweiten
Ausführungsvariante,
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5 das
Lackierwerkzeug aus 2 im Betrieb,
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6 einen
Ausschnitt des Bearbeitungszentrums aus 1 mit Werkzeugmagazin
und Bearbeitungskopf und
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7 den
Bearbeitungskopf aus 6 mit Lackierwerkzeug in perspektivischer
Darstellung.
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In 1 ist
ein Bearbeitungszentrum 1 zum spanenden Bearbeiten von
Werkstücken
dargestellt. Werkstücke
werden im Wesentlichen vertikal auf einer Auflagefläche 4 eingespannt.
Dies kann pneumatisch oder manuell erfolgen, wobei zur manuellen Einspannung
von Platten Kippklemmhebel vorgesehen sind, die in eine gewünschte Position
verschoben und dort arretiert werden können. Durch das Einspannen
der Platte wird ein Koordinatensystem mit einem Nullpunkt festgelegt,
welches zum automatisierten Bearbeiten nötig ist. Neben der Auflagefläche 4 ist
eine zweite Auflagefläche 37 vorhanden,
in dem aus Platten gefertigte quaderförmige Werkstücke, wie
metallische Kuben, eingespannt werden können. Dabei wird wiederum ein
Koordinatensystem festgelegt. Die Auflageflächen müssen nicht flächig ausgeführt sein,
sondern es genügt,
wenn z. B. durch Auflagestifte eine die Auflagefläche bildende
Auflageebene hergestellt wird.
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Die
zum Bearbeiten notwendigen Werkzeuge sind in einem Werkzeugmagazin 5 untergebracht. Dieses
befindet sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel am seitlichen
Rand des Bearbeitungszentrums 1 neben der Auflagefläche 4,
kann aber auch mit dem Portal 10 entlang des Bearbeitungszentrums 1 mitfahren,
um das Wechseln der Werkzeuge zu beschleunigen. Das Werkzeugmagazin 5 umfasst
neben den Positionen für
spanende Werkzeuge, wie Bohrer oder Fräswerkzeuge verschiedener Größen, auch
eine Position für
ein Lackierwerkzeug. Dies ist vorzugsweise die unterste Position,
damit durch ein eventuelles Tropfen von Farbe die restlichen Werkzeuge
nicht verschmutzt werden. Es können
ebenfalls Entgratungswerkzeuge, wie ein rotierender Stift mit speziellen
Umlaufkerben oder eine Drahtbürste, in
dem Bearbeitungszentrum 1 vorgesehen sein.
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Bei
der programmgesteuerten Bearbeitung des Werkstücks wird das jeweils benötigte Werkzeug von
dem Bearbeitungskopf 2 aus dem Werkzeugmagazin 5 entnommen
und später
wieder in derselben Position abgelegt. Hierzu verfährt der
Bearbeitungskopf 2 mittels des Kreuzschlittens 7 in
die jeweilige Position. Der Bearbeitungskopf 2 wird während der Bearbeitung
relativ entlang der Werkstückauflage und
des Werkstücks
verfahren. Dazu ist der Kreuzschlitten 7 vertikal verlagerbar
an dem Portal 10 angebracht, das wiederum horizontal ent lang
des Bearbeitungszentrums 1 verfahren kann. Auf diese Weise ist
jede beliebige Position eines zweidimensionalen Koordinatensystems
automatisch ansteuerbar. Die Bewegung entlang der dritten Achse
eines dreidimensionalen Koordinatensystems wird mittels des Bearbeitungskopfes 2 selbst
ausgeführt.
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Das
Bearbeitungszentrum 1 umfasst zur Bedienung ein Bedienpult
seitlich des Bearbeitungszentrums 1 (nicht dargestellt)
und zum Schutz der bedienenden Person Schutzgitter 8 sowie
eine Lichtschranke 9 zur automatischen Abschaltung, falls
der Sicherheitsbereich während
des Programmablaufs betreten wird.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Lackierwerkzeugs 3.
Dieses besitzt zur Aufnahme in den Bearbeitungskopf 2 eine Werkzeugaufnahme 11 mit
einem Anzugsbolzen 12. Die Abmessungen entsprechen denen
der Werkzeugaufnahme 11 der Spanungswerkzeuge, damit das
Lackierwerkzeug 3 sowohl in dem Werkzeugmagazin 5 als
auch in dem Bearbeitungskopf 2 aufgenommen werden kann,
ohne dass Adapter oder etwaige Modifizierungen der Anlage benötigt werden.
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Das
Lackierwerkzeug 3 ist in der Frässpindel 31 des Bearbeitungskopfes 2 an
eine Druckluftleitung 19 angeschlossen. Zu diesem Zweck
besitzt der Anzugsbolzen 12 eine Passage 13 in
Form einer Durchgangsbohrung axialer Richtung, durch die die Druckluft
in das Innere des Lackierwerkzeugs 3 geleitet werden kann.
Diese ist über
einen axialen Anschluss 38 an die Druckluftleitung 19 angeschlossen. Über eine
weitere Druckluftleitung 20 wird Sperrluft zu Blasluftöffnungen 21 geleitet,
um anfallende Späne
von dem Werkzeug fern zu halten. Die Sperrluft kann alternativ über einen
ringförmigen
Spalt zwischen dem drehbaren und dem festen Teil des Bearbeitungskopfes 2 entweichen.
Hierbei herrscht üblicherweise
ein (bereits reduzierter) Druck P1 von 4–6 bar.
Da dieser Druck für
die Lackierung zu hoch ist, umfasst die Druckluftleitung 19, 20 ein
Druckminderventil 18. Die Druckluftleitungen 19, 20 sowie
das Druckminderventil 18 sind in 1 schematisch
dargestellt. Weitere Ventile, insbesondere ein We geventil zum Umschalten
zwischen den Druckluftleitungen 19, 20, können vorgesehen
sein. Hierbei sind verschiedene pneumatische Varianten wie Reihenschaltung
oder Parallelschaltung der unterschiedlichen Ventile möglich. Das
Druckminderventil 18 ist vorzugsweise variabel einstellbar,
insbesondere über
einen Schaltkreis. In einem solchen Schaltkreis kann das Druckminderventil 18,
z. B. als elektromagnetisches Stellventil realisiert sein.
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In
dem Lackierwerkzeug 3 ist eine Kartusche 16 als
Farbvorratsraum enthalten. In der Kartusche 16 sind ein
Kolben 14 und eine Rückstellfeder 15 angeordnet.
Der Kolben 14 wird durch die Druckluft verlagert, wodurch
eine Dosierung der Farbe erfolgt. Die Farbe tritt durch eine weitere
Bohrung an die Spitze eines Pinsels 17. Dieser rotiert
abhängig
von der Spindeldrehzahl um seine Längsachse und trägt dadurch
die Farbe auf das Werkstück
auf. Als Farbe können
z. B. Lacke oder andere Korrosionsschutzanstriche verarbeitet werden.
Zum Aufragen auf das Werkstück
sind statt des Pinsels 17 auch beispielsweise Düsen denkbar.
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Beim
Beenden der Lackierung wird die Druckluft abgeschaltet oder das
Druckventil 18 geschlossen. Die Rückstellfeder 15 in
der Kartusche 16 wirkt der Druckluft entgegen, so dass
sie bei Druckabfall das Volumen der Kartusche 16 maximiert
oder zumindest vergrößert. Dadurch
wird noch auf dem Pinsel 17 vorhandene Farbe in die Kartusche 16 zurückgezogen
und ein Tropfen zumindest vermindert.
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In 3 ist
eine Ausführungsvariante
des Lackierwerkzeugs 3 aus 2 dargestellt,
bei dem der Anschluss 39 bzw. 40, 41 an
die Druckluftleitung 19 in radialer Richtung erfolgt. Hierzu
führt die
Passage 13 nicht auf der ganzen Länge durch den Anzugsbolzen 12,
sondern ist beispielsweise durch eine radiale Bohrung 39 mit
der Druckluftleitung 19 verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann
der Anschluss an die Druckluftleitung 19 auch im konischen Zentralbereich
der Werkzeugaufnahme 11 erfolgen. Um den Anschluss zu erleichtern
ist eine Um laufnut 41 vorgesehen, die mit einer Radialbohrung 40 in Verbindung
steht. Die Funktionsweise des Lackierwerkzeugs 3 ist ansonsten
mit der des in 2 dargestellten Lackierwerkzeugs 3 identisch.
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4 veranschaulicht
eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Das Lackierwerkzeug 22 besitzt
hier ebenfalls eine normierte Werkzeugaufnahme 23 mit einem
Anzugsbolzen 24. Dieser weist jedoch im Gegensatz zu der
Ausführung
in 2 keine Bohrungen auf. Die Dosierung der Farbe
oder des Lacks erfolgt nicht durch Druckluft, sondern stattdessen
durch Drehung der Frässpindel 31.
Durch diese Drehung wird die Werkzeugaufnahme 23 zusammen mit
der Mutter 33 bewegt. Die Spindel 30 ist mittels eines
Gewindes in die Mutter 33 eingeschraubt. Die Spindel 30 ist
jedoch selbst gegen Verdrehen gesichert, wie nachfolgend näher erläutert wird.
Wird nun die Mutter 33 mittels der Spindel 30 gedreht,
so führt dies
für die
Spindel 30 aufgrund der Verdrehsicherung zu einer Axialverlagerung,
die in 3 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Um zu
verhindern, dass sich der gesamte Zylinder 26 verlagert,
ist dieser mit einer Begrenzungsplatte 27 verbunden, welche
im Zusammenwirken mit einer Begrenzungschraube 32 eine
axiale Verlagerung des Zylinders 26 begrenzt. Dadurch bewegt
sich nur der mit der Spindel 30 verbundene Kolben 25 axial
im Zylinder 26. Die Verdrehsicherung der Spindel 30 wird
dann dadurch erreicht, dass der mit der Spindel 30 fest
verschraubte Kolben 25 über
einen Verdrehsicherungsstift 29 mit der Begrenzungsplatte 27 drehfest
gekoppelt ist. Das Verdrehen der Begrenzungsplatte 27 wird
mittels eines weiteren Verdrehsicherungsstiftes 28 verhindert,
der sich gegen den Bearbeitungskopf 2 abstützt.
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In 5 ist
das Lackierwerkzeug 3 aus 1 während des
Betriebs dargestellt. Der Pinsel 17 liegt seitlich an der
Kante des Werkstücks 34 an. Daher
ist es von Vorteil, wenn dieser während des Lackierens rotiert.
Weiterhin ist eine Blasluftöffnung 21 gezeigt,
die dazu dient, das Werkzeug von Spänen freizublasen.
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6 und 7 veranschaulichen
den Bearbeitungskopf 2. In 5 ist dieser
von oben dargestellt, während
in 6 eine perspektivische Darstellung gewählt ist.
Der Bearbeitungskopf 2 umfasst eine Andruckeinrichtung 35,
die das plattenförmige Werkstück im Bearbeitungsbereich
fixiert, um Vibrationen zu unterdrücken. Die Andruckeinrichtung 35 ist mit
Rollen versehen, damit sie der Bahn des Werkzeugs auf der Platte
folgen kann. Wie in 6 zu erkennen ist, wird das
Werkzeug durch die zentrale Öffnung
der Andruckeinrichtung 35 hindurch zum Werkstück geführt. Die
Andruckeinrichtung 35, sowie das Werkzeug sind in einer
Achse senkrecht zur Fläche des
zu bearbeitenden Werkstücks
verfahrbar.
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In 6 ist
im Bearbeitungskopf 2 ein Bohrer 6 eingesetzt.
Zum Wechseln wird dieser in dem Werkzeugmagazin 5 abgelegt.
In einer anderen Position des Werkzeugmagazin 5 befindet
sich das Lackierwerkzeug 3. Dieses ist in seiner Ruheposition durch
die axial verlagerbare Verschlusskappe 36 vor dem Austrocknen
geschützt.
Außerdem
dient die Verschlusskappe 36 im geschlossenen Zustand zum Auffangen
von eventuell verbliebener Farbe im Pinsel 17 oder zum
Auffangen von einer kleinen vordosierten Menge an Farbe. Das Vordosieren
ist sinnvoll, um den Pinsel 17 vor dem Lackieren mit Farbe
zu benetzen und somit von Beginn an eine vollständige Lackierung zu gewährleisten.
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Zum
Wechseln des Werkzeugs werden Bearbeitungskopf 2 und Andruckeinrichtung 35 so
positioniert, dass der Bearbeitungskopf 2 an die einzelnen
Positionen des Werkzeugmagazins 5 verfahren kann. Zu diesem
Zweck ist auch die Verschlusskappe 36 axial verlagerbar
ausgebildet. 6 zeigt den geöffneten
Zustand der Verschlusskappe 36. Das Öffnen und Schließen kann
beispielsweise pneumatisch erfolgen.