DE102011003009A1 - Processing machine for producing tear line in airbag cover, has fourth linear guide unit that is attached with tool head and connected to control unit for controlling movement of tool along specific axis - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine zur Führung eines Werkzeugs entlang einer Bahnkurve im Raum, sowie einen Werkzeugkopf für eine derartige Bearbeitungsmaschine und ein Verfahren zur Erzeugung von Schwächungslinien in Kunststoffbauteilen mit einer derartigen Bearbeitungsmaschine bzw. einem derartigen Werkzeugkopf.The invention relates to a processing machine for guiding a tool along a trajectory in space, and a tool head for such a processing machine and a method for generating lines of weakness in plastic components with such a processing machine or such a tool head.
Bearbeitungsmaschinen zur Führung eines Werkzeugs entlang einer Bahnkurve im Raum sind bekannt, vergl. beispielsweise die
Derartige Bearbeitungsmaschinen umfassen einen Werkzeugkopf, der das jeweilige Werkzeug, z. B. einen Fräser, trägt, erste, zweite und dritte Linearführungseinrichtungen zur Bewegung des Werkzeugkopfes entlang einer ersten bzw. zweiten bzw. dritten Hauptachse (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) und eine Steuereinrichtung, die mit den Linearführungseinrichtungen verbunden ist, um den Werkzeugkopf gesteuert entlang einer gewünschten Bahnkurve im Raum zu bewegen.Such processing machines comprise a tool head, the respective tool, for. A router, carries first, second and third linear guide means for moving the tool head along first, second and third major axes (X-axis, Y-axis and Z-axis) and control means connected to the linear guide means to move the tool head controlled along a desired trajectory in space.
Durch die drei Linearführungseinrichtungen ist die Bewegung des Werkzeugkopfes in einem kartesischen Koordinatensystem mit den drei zueinander senkrecht stehenden Hauptachsen gegeben, wobei die zueinander senkrecht stehenden X- und Y-Achsen eine horizontale Ebene aufspannen mögen und die Z-Achse hierzu senkrecht und damit vertikal verlaufen möge.Due to the three linear guide devices, the movement of the tool head is given in a Cartesian coordinate system with the three mutually perpendicular main axes, wherein the mutually perpendicular X and Y axes may span a horizontal plane and the Z-axis may be perpendicular thereto and thus vertically ,
Die Lagerung, Aufhängung, Führung etc. des Werkzeugkopfs entlang der drei Hauptachsen kann hierbei beispielsweise in der sogenannten Gantry-Bauweise oder Portal-Bauweise erfolgen. Diese Bauweisen sind auf dem Gebiet von Bearbeitungs- oder Werkzeugmaschinen hinlänglich bekannt, sodass auf eingehende Schilderung der diesbezüglichen Konstruktionsmerkmale und Wirkprinzipien hier verzichtet werden kann.The storage, suspension, guidance, etc. of the tool head along the three main axes can be done here, for example, in the so-called gantry design or portal construction. These designs are well known in the field of processing or machine tools, so that can be dispensed with detailed description of the relevant design features and principles of action here.
Die Bewegung des Werkzeugkopfes entlang der Z-Achse, also eine Vertikalbewegung gemäß obiger Definition bewirkt eine Zustellbewegung des Werkzeugkopfes und damit des hierin aufgenommenen Bearbeitungswerkzeugs auf ein sich unter dem Werkzeugkopf befindliches Werkstück bzw. eine Abhebbewegung von dem Werkstück weg. Der Bewegungsmechanismus in der (dritten) Linearführungseinrichtung zur Bewegung des Werkzeugkopfs entlang der dritten Hauptachse (Z-Achse) hat zusätzlich zu seinem gesamten oder einem wesentlichen Teil seines Eigengewichts das Gewicht des Werkzeugkopfs und des hierin aufgenommenen Werkzeugs zu tragen, wobei diese Gewichte entlang der Z-Richtung, also in vertikaler Richtung, mit hoher Geschwindigkeit einerseits und hoher Präzision andererseits bewegt werden müssen. Allerdings schließen sich hohe Bewegungsgeschwindigkeiten in Richtung der Z-Achse einerseits und ein hochgenaues Positionieren des Werkzeugkopfs bzw. des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück andererseits insofern aus oder lassen sich nur schwer miteinander vereinbaren, als bei geforderten Genauigkeiten im Mikrometerbereich Endlagen des Werkzeugkopfs bzw. des Werkzeugs relativ zum Werkstück nicht schnell angefahren werden können. Hohe Massenträgheitskräfte würden bei schnellen Bewegungen Vibrations- oder Zitterbewegungen auslösen, welche mit Blick auf die geforderten Fertigungsgenauigkeiten nicht tolerierbar wären.The movement of the tool head along the Z-axis, ie a vertical movement in accordance with the above definition, causes a feed movement of the tool head and thus of the machining tool received herein to a workpiece located below the tool head or a lifting movement away from the workpiece. The movement mechanism in the (third) linear guide means for moving the tool head along the third major axis (Z-axis) has to carry, in addition to all or a substantial part of its own weight, the weight of the tool head and the tool received therein, these weights being along Z. Direction, ie in the vertical direction, with high speed on the one hand and high precision on the other hand must be moved. However, high speeds of movement in the direction of the Z-axis on the one hand and high-precision positioning of the tool head or the tool relative to the workpiece on the other hand so far out or are difficult to reconcile, as required accuracies in the micrometer range end positions of the tool head and the tool can not be approached quickly relative to the workpiece. High inertia forces would induce vibration or dithering movements during fast movements, which would not be tolerable in view of the required manufacturing accuracies.
Man ist daher gezwungen, bei hochpräzisen Bearbeitungen den Werkzeugkopf entsprechend langsam zu bewegen, insbesondere mit einer entsprechend flachen Verzögerungskurve bei Annäherung an die Bearbeitungsendlage abzubremsen und zum Stoppen zu bringen, um unerwünschte Vibrationen vermeiden zu können. Insbesondere bei komplexen Bearbeitungen, bei denen im Zuge der Bearbeitung eines einzelnen Werkstücks der Werkzeugkopf mehrmals vom Werkstück abgehoben und wieder präzise zugestellt werden muss, summieren sich die vergleichsweise langen Zeiten insbesondere der Zustellbewegungen, die aufgrund der flachen Verzögerungskurve zwingend notwendig sind, in nachteiliger Weise, sodass der Durchsatz in nachteiliger Weise sinkt.It is therefore necessary to move the tool head correspondingly slowly in the case of high-precision machining operations, in particular to decelerate with a correspondingly flat deceleration curve when approaching the machining end position and to stop it in order to avoid undesired vibrations. Particularly in the case of complex machining operations in which the tool head has to be lifted several times from the workpiece during the machining of a single workpiece and has to be delivered precisely again, the comparatively long times, in particular the infeed movements, which are absolutely necessary due to the flat deceleration curve, disadvantageously add up. so that the throughput decreases disadvantageously.
Die Erfindung hat es sich demgegenüber zur Aufgabe gemacht, eine Bearbeitungsmaschine der in Frage stehenden Art so auszugestalten, dass mit dieser Bearbeitungsmaschine ohne Abstriche an der Bearbeitungsqualität ein erhöhter Werkstückdurchsatz möglich ist. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Werkzeugkopf für eine solche Bearbeitungsmaschine oder für einen Mehrachsenroboter anzugeben und es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Schwächungslinien in Kunststoffteilen und insbesondere von Aufreißlinien in Airbagabdeckungen anzugeben.The invention has the object, on the other hand, to design a processing machine of the type in question so that an increased workpiece throughput is possible with this machine without sacrificing the quality of processing. It is another object of the present invention to provide a tool head for such a processing machine or for a multi-axis robot and it is an object of the invention to provide a method for producing lines of weakness in plastic parts and in particular of tear lines in airbag covers.
Zur Lösung dieser Aufgaben schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass der Werkzeugkopf eine vierte Linearführungseinrichtung zur gesteuerten Bewegung des Werkzeugs entlang einer vierten Achse aufweist, wobei diese vierte Linearführungseinrichtung mit der Steuereinrichtung verbunden ist.To achieve these objects, the present invention proposes that the tool head has a fourth linear guide device for controlled movement of the tool along a fourth axis, this fourth linear guide device being connected to the control device.
Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine vierte Linearführungseinrichtung vorgesehen, welche an dem Werkzeugkopf angeordnet ist, der seinerseits von der dritten Linearführungseinrichtung bewegt wird. Die vierte Linearführungseinrichtung vermag das Werkzeug gesteuert entlang einer vierten Achse zu bewegen, wobei diese Steuerung von der Steuereinrichtung erfolgt, die mit der vierten Linearführungseinrichtung verbunden ist.The subject matter of the present invention thus provides a fourth linear guide device, which is arranged on the tool head, which in turn is moved by the third linear guide device. The fourth linear guide device is able to move the tool controlled along a fourth axis, wherein these Control is carried out by the control device which is connected to the fourth linear guide device.
Die vierte Linearführungseinrichtung muss somit bei einer Bewegung entlang der vierten Achse nurmehr ihr Eigengewicht oder einen Teil hiervon, sowie das Gewicht des jeweiligen Werkzeugs tragen und entlang der vierten Achse bewegen, und hier insbesondere beschleunigen, verzögern und stoppen. Aufgrund der geringeren Masse, welche von der vierten Linearführungseinrichtung zu bewegen, insbesondere zu beschleunigen und abzubremsen ist, sind Bewegungen entlang der vierten Achse weitaus schneller durchführbar. Hieraus ergibt sich, dass mit der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine mehr Werkstücke pro Zeiteinheit bearbeitbar sind, also der Werkstückdurchsatz erhöht ist.The fourth linear guide device must therefore carry only its own weight or a part thereof, as well as the weight of the respective tool and move along the fourth axis, and here in particular accelerate, decelerate and stop in a movement along the fourth axis. Due to the lower mass, which is to be moved by the fourth linear guide device, in particular to accelerate and decelerate, movements along the fourth axis are much faster feasible. It follows that with the processing machine according to the invention more workpieces per unit time are editable, so the workpiece throughput is increased.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist der Werkzeugkopf ein Fräskopf, der ein rotierendes Fräswerkzeug trägt und der einen ersten Drehantrieb zur Rotation des Fräswerkzeugs um eine erste Drehachse aufweist. Nachdem dies nur eine vorteilhafte Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung ist, ist die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine nicht auf einen Fräskopf als Werkzeugkopf beschränkt, sondern kann gleichermaßen auch bei anderen Werkzeugköpfen, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, solchen für eine spanabhebende Bearbeitung ausgestattet werden.According to an advantageous embodiment, the tool head is a milling head which carries a rotating milling tool and which has a first rotary drive for rotating the milling tool about a first axis of rotation. Since this is only an advantageous embodiment of the present invention, the processing machine according to the invention is not limited to a milling head as a tool head, but can equally be equipped with other tool heads, in particular, but not exclusively, those for a machining operation.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die vierte Achse parallel zur dritten Hauptachse liegt. Ist die dritte Hauptachse gemäß obiger Definition als vertikale Z-Achse definiert, verläuft die vierte Achse ebenfalls vertikal. In besonders vorteilhafter Weise können somit gleichermaßen schnelle und präzise Zustellbewegungen des Werkzeugkopfs auf das Werkstück zu in vertikaler Z-Richtung erfolgen.A further preferred embodiment of the present invention provides that the fourth axis is parallel to the third main axis. If the third main axis is defined as vertical Z-axis according to the above definition, the fourth axis is also vertical. In a particularly advantageous manner, therefore, equally fast and precise feed movements of the tool head to the workpiece can take place in the vertical Z direction.
Weiterhin bevorzugt kann die vierte Achse auch parallel zur ersten Drehachse des Fräswerkzeugs liegen.Further preferably, the fourth axis may also be parallel to the first axis of rotation of the milling tool.
Der maximale Hub der vierten Linearführungseinrichtung ist bevorzugt kleiner als der maximale Hub der dritten Linearführungseinrichtung. Hierdurch verringert sich im Bereich der vierten Linearführungseinrichtung der Materialaufwand zur Ausbildung der Linearführungseinrichtung und damit deren Gewicht. Dies wiederum macht noch schnellere Bewegungen der vierten Linearführungseinrichtung unter Beibehaltung der geforderten hohen Präzision möglich.The maximum stroke of the fourth linear guide device is preferably smaller than the maximum stroke of the third linear guide device. As a result, the cost of materials for forming the linear guide device and thus its weight is reduced in the region of the fourth linear guide device. This in turn makes even faster movements of the fourth linear guide device while maintaining the required high precision possible.
Die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine kann weiterhin einen zweiten, mit der Steuereinrichtung verbundenen Drehantrieb aufweisen, der zur Neigung des Fräswerkzeugs zusammen mit der vierten Linearführungseinrichtung um eine zweite Drehachse vorgesehen ist. Durch Einführen dieser zweiten Drehachse erhöhen sich die Freiheitsgrade bei der Bearbeitung. Bei dieser Ausgestaltungsform ist die oben angesprochene Parallelität von dritter und vierter Achse eine aus einer Vielzahl von Stellungen der beiden Achsen zueinander im Rahmen des Verschwenkungswegs des Fräswerkzeugs um die zweite Drehachse.The processing machine according to the invention may further comprise a second, connected to the control device rotary drive, which is provided for inclining the milling tool together with the fourth linear guide device about a second axis of rotation. By introducing this second axis of rotation, the degrees of freedom increase during machining. In this embodiment, the above-mentioned parallelism of the third and fourth axis one of a plurality of positions of the two axes to one another in the context of Verschwenkungswegs the milling tool to the second axis of rotation.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine einen dritten, mit der Steuereinrichtung verbundenen Drehantrieb zur Verdrehung des Fräskopfes um eine dritte Drehachse aufweisen. Hierdurch ist eine nochmalige Steigerung der erreichbaren Freiheitsgrade möglich.Furthermore, the processing machine according to the invention may have a third, connected to the control device rotary drive for rotating the milling head about a third axis of rotation. As a result, a further increase in the achievable degrees of freedom is possible.
Die Bearbeitungsmaschine weist weiterhin bevorzugt eine Halteeinrichtung zur Fixierung eines zu bearbeitenden Werkstücks auf. Je nach zu bearbeitendem Werkstück kann diese Halteeinrichtung unterschiedlich ausgelegt bzw. optimiert sein, kann also beispielsweise ein einfacher Spanntisch, eine Umbugvorrichtung, ein Unterdrucktisch oder dergleichen sein. Die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine kann beispielsweise in an sich bekannter Weise in einer Gantry-Bauweise oder auch einer Portal-Bauweise ausgeführt sein.The processing machine further preferably has a holding device for fixing a workpiece to be processed. Depending on the workpiece to be machined, this holding device may be designed differently or optimized, so it may for example be a simple clamping table, a Umbugvorrichtung, a vacuum table or the like. The processing machine according to the invention can be designed, for example, in a manner known per se in a gantry design or even a portal construction.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Werkzeugkopf mit einem Bearbeitungswerkzeug, der insbesondere in eine erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine integriert ist. Der Werkzeugkopf umfasst einen Antrieb für das Bearbeitungswerkzeug, eine Linearführungseinrichtung zur gesteuerten Bewegung des Werkzeugkopfes entlang einer Achse und eine Schnittstelle zur Ansteuerung der Linearführungseinrichtung über die Steuereinrichtung der Bearbeitungsmaschine. Dieser Werkzeugkopf kann auch auf einen bekannten Mehrachsenroboter mit wenigstens 3 Drehachsen aufgesetzt werden. Mehrachsenroboter sind universeller einsetzbar, haben jedoch den Nachteil, dass auch bei einer Linearbewegung des Werkzeugs alle Drehachsen geregelt werden müssen. Werden solche Mehrachsenroboter z. B. beim Erzeugen von Schwächungslinien in Armaturenteilen eingesetzt, führt der Einsatz des erfindungsgemäßen Werkzeugkopfes ebenfalls zu verringerten Bearbeitungszeiten, da „kleine” Linearbewegungen mit dem Linearführungseinrichtung des Werkzeugkopfes erfolgen können.The subject of the present invention is furthermore a tool head with a machining tool, which is integrated in particular in a processing machine according to the invention. The tool head comprises a drive for the machining tool, a linear guide device for controlled movement of the tool head along an axis and an interface for controlling the linear guide device via the control device of the processing machine. This tool head can also be placed on a known multi-axis robot with at least 3 axes of rotation. Multi-axis robots are universally applicable, but have the disadvantage that even with a linear movement of the tool all axes of rotation must be controlled. If such multi-axis robot z. B. used in generating attenuation lines in valve parts, the use of the tool head according to the invention also leads to reduced processing times, since "small" linear movements can be done with the linear guide device of the tool head.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist hierbei das Bearbeitungswerkzeug ein Fräswerkzeug und der Antrieb ist ein erster Drehantrieb zur Rotation des Fräswerkzeugs um eine erste Drehachse, wobei die Linearführungseinrichtung das Fräswerkzeugs entlang einer Achse bewegt, die parallel zur ersten Drehachse liegt.According to a preferred embodiment, in this case the machining tool is a milling tool and the drive is a first rotary drive for rotating the milling tool about a first axis of rotation, wherein the linear guide means moves the milling tool along an axis which is parallel to the first axis of rotation.
Bevorzugt kann hierbei ein zweiter, mit der Schnittstelle verbundener Drehantrieb zum Neigen des Fräswerkzeugs und der Linearführungseinrichtung um eine zweite Drehachse vorgesehen sein. Weiterhin kann ein dritter, mit der Schnittstelle verbundener Drehantrieb zur Verdrehung des Fräskopfes um eine dritte Drehachse vorgesehen sein. In this case, a second rotary drive connected to the interface may preferably be provided for tilting the milling tool and the linear guide device about a second axis of rotation. Furthermore, a third, connected to the interface rotary drive for rotating the milling head can be provided about a third axis of rotation.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Schwächungslinien in Kunststoffbauteilen und vor alter ein Verfahren zur Erzeugung von Aufreißlinien in Airbagabdeckungen, insbesondere mit einer Bearbeitungsmaschine und/oder einem Werkzeugkopf gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Schwächungslinien werden hierbei insbesondere in das Kunststoffbauteil gefräst. Die Ausbildung von Schwächungslinien in Kunststoffbauteilen ist beispielsweise aus der
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung.Further details, aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the following description with reference to the drawing.
Es zeigt:It shows:
In der Figur ist eine insgesamt mit
Am Schlitten
An seinem in der Zeichnung unteren Ende ist an dem Halter
Die Bewegung des Trägers
Der Werkzeugkopf
Die Ansteuerungen der jeweiligen Linearführungsmittel oder Linearführungseinrichtungen bzw. der zugehörigen Stellglieder erfolgt über eine bevorzugt zentrale Steuereinrichtung bzw. Benutzer/Maschinen-Schnittstelle.The controls of the respective linear guide means or linear guide means or the associated actuators via a preferably central control device or user / machine interface.
Das Werkzeug
Bei der Bearbeitungsmaschine
In einer möglichen Ausgestaltungsform ist hierbei die vierte Linearführungseinrichtung
Das Werkzeug
Weiterhin kann gegebenenfalls mittels eines weiteren Drehantriebs der Werkzeugkopf
Die weiteren Drehantriebe sind ebenfalls mit der gemeinsamen Steuereinrichtung verbunden.The other rotary actuators are also connected to the common control device.
Der Hub der vierten Linearführungseinrichtung
Wesentlich hierbei ist, dass die dritte Linearführungseinrichtung zur Bewegung des Halters
Der maximale Bewegungs- oder Hubweg der vierten Linearführungseinrichtung
In der Zusammenschau ergibt dies höhere Durchsatzraten, da die jeweiligen Sollpositionen des Werkzeugs
Es versteht sich, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So kann die vorliegende Erfindung unter Erzielung der gleichen Vorteile auch bei einer Portal-Bearbeitungsmaschine angewendet werden. Weiterhin ist die Ausgestaltung des Werkzeugs
Beschrieben wurde eine Bearbeitungsmaschine zur Führung eines Werkzeugs entlang einer Bahnkurve im Raum, mit einem Werkzeugkopf, der das jeweilige Werkzeug trägt, einer ersten Linearführungseinrichtung zur Bewegung des Werkzeugkopfes entlang einer ersten Hauptachse (X-Achse); einer zweiten Linearführungseinrichtung zur Bewegung des Werkzeugkopfes entlang einer zweiten Hauptachse (Y-Achse); einer dritten Linearführungseinrichtung zur Bewegung des Werkzeugkopfes entlang einer dritten Hauptachse (Z-Achse); und einer Steuereinrichtung, die mit den Linearführungseinrichtungen verbunden ist, zur gesteuerten Bewegung des Werkzeugkopfes entlang einer gewünschten Bahnkurve im Raum. Der Werkzeugkopf weist eine vierte Linearführungseinrichtung zur gesteuerten Bewegung des Werkzeugs entlang einer vierten Achse (ZB-Achse) auf und die Steuereinrichtung ist mit dieser vierten Linearführungseinrichtung verbunden. Der Hub der vierten Linearführungseinrichtung ist bevorzugt kleiner als der Hub der dritten Linearführungseinrichtung. Der Werkstückdurchsatz kann durch höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten aufgrund geringerer bewegter Massen erhöht werden. Das Werkzeug ist bevorzugt ein Fräswerkzeug zur Erzeugung wenigstens einer Schwächungslinie in einem Kunststoffbauteil und insbesondere zur Erzeugung von Aufreißlinien in Airbagabdeckungen.A machine tool has been described for guiding a tool along a path in space, with a tool head carrying the respective tool, a first linear guide device for moving the tool head along a first main axis (X-axis); a second linear guide means for moving the tool head along a second major axis (Y-axis); a third linear guide means for moving the tool head along a third major axis (Z-axis); and a controller connected to the linear guide means for controlled movement of the tool head along a desired trajectory in space. The tool head has a fourth linear guide device for controlled movement of the tool along a fourth axis (ZB axis) and the control device is connected to this fourth linear guide device. The stroke of the fourth linear guide device is preferably smaller than the stroke of the third linear guide device. The workpiece throughput can be increased by higher processing speeds due to lower moving masses. The tool is preferably a milling tool for producing at least one line of weakness in a plastic component and in particular for generating tear lines in airbag covers.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Effective date: 20120803 |