DE102015118516B4

DE102015118516B4 - Vorrichtung zur Handhabung und Bearbeitung von Werkstücken sowie Vorrichtung und Verfahren zum Fügen wenigstens eines Fügeteils mit einem Werkstück

Info

Publication number: DE102015118516B4
Application number: DE102015118516.4A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: DE102015118516A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Handhabung und Bearbeitung von Werkstücken (2) mit folgenden Merkmalen:- wenigstens einer Bearbeitungseinrichtung (3) zur Bearbeitung der Werkstücke (2), die wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug (4) aufweist,- einer in mehreren Achsrichtungen beweglichen Handhabungseinrichtung (5) zur Handhabung der Werkstücke (2),- wenigstens einer Kopplungseinrichtung (10,11,12) zur Ankopplung der Handhabungseinrichtung (5) an die wenigstens eine Bearbeitungseinrichtung (3), welche wenigstens ein Kopplungselement zwischen der Handhabungseinrichtung (5) und der wenigstens einen Bearbeitungseinrichtung (3) aufweist,- wenigstens einer Vorschubeinrichtung (6) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug (4) und dem Werkstück (2), die wenigstens eine an der Handhabungseinrichtung (5) angeordnete Antriebseinrichtung (7) und wenigstens eine Getriebeeinrichtung (8) aufweist,- wenigstens einer Spanneinrichtung (13) zum Spannen des wenigstens einen Werkstücks (2) während der Bearbeitung, welche durch die Handhabungseinrichtung (5) steuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Handhabung und Bearbeitung von Werkstücken. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Fügen wenigstens eines Fügeteils mit einem Werkstück sowie ein Verfahren zum Fügen wenigstens eines Fügeteils mit einem Werkstück.
Aus der DE 103 39 419 A1 ist eine Vorrichtung zum Befestigen eines Werkzeugs in einem Werkzeugfutter bekannt. Das Werkzeugfutter kann mittels eines Induktors erwärmt und mittels einer Kühlvorrichtung abgekühlt werden.
Aus der DE 10 2005 009 283 A1 ist ein Werkzeugmaschinensystem bekannt, bei dem mehrere Bearbeitungsstationen sowie eine einen Roboterarm umfassende Belade- und Entladevorrichtung zum Beladen bzw. Entladen der Werkstücke in bzw. aus den Bearbeitungsstationen vorgesehen ist.
Die DE 10 2008 009 995 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Transportieren von Werkstücken zwischen mehreren Bearbeitungsstellen mittels einer Vielzahl von als Mehrachsenrobotern ausgebildeten Handhabungseinrichtungen.
Aus der DE 10 2011 101 017 A1 sind ein Verfahren und eine Bearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken bekannt, bei der die Werkstücke mittels einer Zuführeinrichtung einem Rundschalttisch zugeführt werden. Der Rundschalttisch weist mehrere Bearbeitungsstationen auf, denen jeweils eine bestimmte Bearbeitungsaufgabe bei der Bearbeitung der Werkstücke zugeordnet ist. Die Vorrichtung weist des Weiteren eine Lagekorrekturvorrichtung auf, die zur Lagekorrektur nicht korrekt orientierter Werkstücke dient und die eine Werkstück-Wendestation und einen Positionierroboter aufweist.
Eine Rundtaktwerkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken ist aus der DE 602 11 511 T2 bekannt. Diese weist einen drehbaren Rundschalttisch mit mehreren Werkstück-Spanneinheiten auf.
Bei sämtlichen der bekannten Vorrichtungen und Verfahren wird die Handhabungseinrichtung, d. h. der Mehrachsenroboter, stets ausschließlich als Handhabungsgerät eingesetzt, das die Werkstücke zu der Bearbeitungsmaschine bringt und aus derselben entnimmt. Problematisch bei diesen Lösungen ist jedoch der hohe Aufwand, insbesondere in finanzieller Hinsicht, den dieselben erfordern. Darüber hinaus ergibt sich bei den bekannten Lösungen ein verhältnismäßig großer Zeitverlust während des Transports der Werkstücke.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Handhabung und Bearbeitung von Werkstücken zu schaffen, die einen einfacheren Aufbau besitzt und eine schnellere Bearbeitung der Werkstücke ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Nebenanspruchs 9 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs 11 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Handhabungseinrichtung also nicht nur zur Handhabung der Werkstücke eingesetzt, sondern erzeugt auch den zur Bearbeitung der Werkstücke notwendigen Vorschub, d. h. die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück. Des Weiteren ist die Handhabungseinrichtung auch für das Spannen des wenigstens einen Werkstücks verantwortlich, indem sie in der Lage ist, die Spanneinrichtung zu steuern. Die Handhabungseinrichtung kann somit die gesamte Steuerung der Vorrichtung übernehmen. Dadurch kann auf eine weitere Steuerung für die Bearbeitungseinrichtungen verzichtet werden.
Auf diese Weise können bei der Bearbeitungseinrichtung, die für die eigentliche Bearbeitung der Werkstücke, beispielsweise einer zerspanenden Bearbeitung, verantwortlich ist, eine Vielzahl beweglicher Achsen eingespart werden, wodurch sich die Kosten für die gesamte Vorrichtung wesentlich verringern. Durch diese Kosteneinsparung können mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen installiert werden, wodurch eine redundante Bearbeitung der Werkstücke erzielt werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann gleichzeitig eine sehr hohe Maßgenauigkeit erreicht werden, da das Bearbeitungswerkzeug nur um einen geringen Weg gegenüber dem Werkstück bewegt werden muss.
Da durch die eindeutige Zuordnung der Werkzeuge zu den Bearbeitungseinrichtungen kein automatischer Werkzeugwechsel notwendig ist, können sich auch keine bei der Bearbeitung entstehenden Späne in der Werkzeugaufnahme verklemmen. Da die einzelnen Bearbeitungseinrichtungen sehr gut zugänglich sind, ist ein manueller Werkzeugwechsel jederzeit möglich. Gegebenenfalls ist auch ein automatischer Werkzeugwechsel über die Handhabungseinrichtung denkbar.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Bearbeitungseinrichtung wenigstens eine Werkzeugaufnahme für das wenigstens eine Bearbeitungswerkzeug aufweist, welche durch die Handhabungseinrichtung steuerbar ist. Durch die Steuerung der Werkzeugaufnahme mittels der Handhabungseinrichtung ist eine weitere Vereinfachung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. Auf diese Weise können außerdem sämtliche Bearbeitungen an dem Werkstück nur in einer Aufspannung ausgeführt werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass mehrere Kopplungseinrichtungen zur Ankopplung der Handhabungseinrichtung an die wenigstens eine Bearbeitungseinrichtung vorgesehen sind, wobei eine erste Kopplungseinrichtung zur Kopplung der wenigstens einen Vorschubeinrichtung, eine zweite Kopplungseinrichtung zur Kopplung der wenigstens einen Werkzeugaufnahme und eine dritte Kopplungseinrichtung zur Kopplung der wenigstens einen Spanneinrichtung dient. Durch die erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtungen ergibt sich eine einfache Anbindung der Handhabungseinrichtung an die wenigstens eine Bearbeitungseinrichtung, so dass die oben beschriebenen, gemäß der vorliegenden Erfindung von der Handhabungseinrichtung übernommenen Aufgaben sehr einfach erfüllt werden können.
Durch die oben beschriebenen kurzen Fahrwege ist es in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung möglich, dass die wenigstens eine Getriebeeinrichtung eine Kugelrollspindel aufweist.
Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die wenigstens eine Spanneinrichtung eine Aufnahmeplatte aufweist, die von der Handhabungseinrichtung aufnehmbar ist und auf der mehrere Spannelemente zum Spannen des wenigstens einen Werkstücks während der Bearbeitung angeordnet sind, so können mehrere Werkstücke gleichzeitig eingespannt und entsprechend bearbeitet werden. Dies stellt eine weitere wesentliche Kostenverringerung dar.
Eine sehr einfache und eine hohe Prozesssicherheit gewährleistende Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die Handhabungseinrichtung die Aufnahmeplatte mittels Unterdruck hält. Die Aufnahme der Werkstücke über Unterdruck stellt eine enorme Zeiteinsparung dar.
Des Weiteren ergibt sich eine sehr einfache Ankopplung der Handhabungseinrichtung an die wenigstens eine Bearbeitungseinrichtung in Bezug auf die wenigstens eine Spanneinrichtung, wenn die wenigstens eine Spanneinrichtung wenigstens ein Indexierelement zur Lagefixierung der wenigstens einen Spanneinrichtung gegenüber der wenigstens einen Bearbeitungseinrichtung aufweist.
Dabei kann in einer für die Praxis sehr gut geeigneten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Indexierelement als Spreizdorn ausgebildet ist, der dafür vorgesehen ist, in eine Ausnehmung in der wenigstens einen Bearbeitungseinrichtung einzugreifen.
Eine Vorrichtung zum Fügen wenigstens eines Fügeteils mit einem Werkstück ist in Anspruch 9 angegeben.
Diese Vorrichtung ermöglicht ein sehr einfaches Fügen eines oder mehrerer Fügeteile mit einem Werkstück, wobei das Werkstück vor dem Fügen erwärmt und nach dem Fügen zusammen mit dem Fügeteil abgekühlt wird, da die Fügeeinrichtung unmittelbar der Handhabungseinrichtung zugeordnet ist und sich somit eine erhebliche Zeiteinsparung realisieren lässt. Durch das Fügen während des Transports lässt sich demnach die Taktzeit optimieren.
Die zum Beispiel elektromechanisch ausgeführte Fügeeinrichtung ermöglicht ein kontrolliertes Fügen, da die Tiefe, die die beispielsweise als Zylinderbuchsen ausgeführten Fügeteile in das beispielsweise als Kurbelgehäuse ausgeführte Werkstück eingeführt werden, über den Weg ermittelt wird. Die Anordnung einzelner Heizeinrichtungen und Kühleinrichtungen ermöglicht einen sehr variablen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Des Weiteren können auch in diesem Fall die Heizeinrichtungen sowie die Kühleinrichtungen im Vergleich zu bekannten Lösungen sehr einfach und kostengünstig ausgestaltet werden.
Um Energie einzusparen, ist des Weiteren vorgesehen, dass jeweils eine der Heizeinrichtungen mit einer der Kühleinrichtungen derart gekoppelt ist, dass eine Abwärme der Kühleinrichtung von der damit gekoppelten Heizeinrichtung nutzbar ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann darin bestehen, dass die Fügeeinrichtung eine Prüfeinrichtung zur Prüfung der relativen Position des wenigstens einen Fügeteils und des Werkstücks aufweist. Auf diese Weise ist eine sehr genaue Prüfung der Korrektheit des Fügevorgangs möglich, die auch eine Protokollierung erlaubt.
Aus Anspruch 11 geht ein Verfahren zum Fügen wenigstens eines Fügeteils mit einem Werkstück hervor, bei dem das wenigstens eine Fügeteil in einer Handhabungseinrichtung mit dem Werkstück gefügt wird.
Mit diesem Verfahren kann gegenüber bekannten Lösungen eine erhebliche Zeit- und Energieeinsparung erreicht werden, da das Fügen des Fügeteils mit dem Werkstück während des Transports der Bauteile vorgenommen wird.
Die Energie für die Anlage kann über einen Verbrennungsmotor realisiert werden. Der Verbrennungsmotor erzeugt den elektrischen Strom für die Antriebe und Kühlung, die Abwärme des Verbrennungsmotors wird für die Erwärmung der Werkstücke verwendet. Damit ist ein sehr effiziente Energieausbeute möglich.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine detailliertere Darstellung der Handhabungseinrichtung und einer der Bearbeitungseinrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1;
3 eine detailliertere Darstellung von Kopplungseinrichtungen zur Ankopplung der Handhabungseinrichtung an eine der Bearbeitungseinrichtungen aus 2;
4 eine Darstellung eines Indexierelements einer der Kopplungseinrichtungen; und
5 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

1 zeigt auf sehr schematische Art und Weise eine Vorrichtung 1, die zur Handhabung und Bearbeitung von ebenfalls sehr schematisch dargestellten Werkstücken 2 dient. Als Werkstücke kommen beispielsweise Pleuel, ABS-Blöcke oder andere Kraftfahrzeugteile in Frage, die eine Bearbeitung erfordern. Allerdings ist die vorliegende Erfindung keinesfalls auf eine bestimmte Form von Werkstücken 2 beschränkt. Des Weiteren ist sowohl eine zerspanende Bearbeitung der Werkstücke 2, beispielsweise eine Bohr- oder Fräsbearbeitung, als auch eine andersgeartete Bearbeitung der Werkstücke 2 denkbar. Auch Kombinationen verschiedener Bearbeitungen sind denkbar.
Die Vorrichtung 1 weist mehrere Bearbeitungseinrichtungen 3 auf, die zur Bearbeitung der Werkstücke 2 dienen und die jeweils wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug 4 aufweisen. Im vorliegenden Fall weist die Vorrichtung 1 eine Vielzahl von Bearbeitungseinrichtungen 3 auf, im dargestellten Ausführungsbeispiel vierzehn Bearbeitungseinrichtungen 3, die im dargestellten Ausführungsbeispiel kreisförmig angeordnet sind. Jede der Bearbeitungseinrichtungen 3 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Bearbeitungswerkzeuge 4 auf, diese Anzahl ist jedoch, wie auch die Anzahl der Bearbeitungseinrichtungen 3 sowie deren Anordnung, als rein beliebig anzusehen. Des Weiteren ist es auch möglich, die Bearbeitungseinrichtungen 3 in unterschiedlichen Höhen anzuordnen.
Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 eine in mehreren Achsrichtungen bewegliche Handhabungseinrichtung 5 auf, die auch als Mehrachsenroboter bezeichnet werden kann. Da solche Mehrachsenroboter an sich bekannt sind, wird auf die genaue Ausführung derselben nur in dem Umfang eingegangen, der für die vorliegende Erfindung relevant ist. Die Achsrichtungen, in denen die Handhabungseinrichtung 5 beweglich ist, sind ebenfalls an sich bekannt und werden daher hierin nicht näher beschrieben. Die Handhabungseinrichtung 5 ist so ausgeführt, dass sie relativ zu den Bearbeitungseinrichtungen 3 beweglich ist und in der Lage ist, die Werkstücke 2 in den Bereich der Bearbeitungseinrichtungen 3 zu bringen.
In 2 ist die Handhabungseinrichtung 5 detaillierter dargestellt und es ist daraus auch erkennbar, dass die Handhabungseinrichtung 5 an die wenigstens eine Bearbeitungseinrichtung 3 angekoppelt werden kann. Dies erfolgt mittels mehrerer, nachfolgend näher beschriebener Kopplungseinrichtungen.
Aus 2 geht hervor, dass die Vorrichtung 1 des Weiteren wenigstens eine Vorschubeinrichtung 6 aufweist, die in der Lage ist, eine Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 4 bzw. den Bearbeitungswerkzeugen 4 und dem Werkstück 2 in Vorschubrichtung zu erzeugen, um den Abstand zwischen den Bearbeitungswerkzeugen 4 und dem Werkstück 2 zu verändern. Die Vorschubeinrichtung 6 weist wenigstens eine an der Handhabungseinrichtung 5 angeordnete Antriebseinrichtung 7 und wenigstens eine die Handhabungseinrichtung 5 mit der jeweiligen Bearbeitungseinrichtung 3 verbindende Getriebeeinrichtung 8 auf, die das von der Antriebseinrichtung 7 erzeugte Drehmoment auf die Bearbeitungseinrichtung 3 bzw. auf eine Werkzeugaufnahme 9, in der das entsprechende Bearbeitungswerkzeug 4 aufgenommen ist, überträgt. Bei der Antriebseinrichtung 7 kann es sich zum Beispiel um einen Elektromotor handeln, wohingegen die Getriebeeinrichtung 8 vorzugsweise eine Kugelrollspindel 8a aufweist. Die Werkzeugaufnahmen 9 können als an sich bekannte Spannfutter ausgebildet sein.
An der Handhabungseinrichtung 5 und der Bearbeitungseinrichtung 3 befindet sich dabei eine erste Kopplungseinrichtung 10, welche zur Kopplung der Vorschubeinrichtung 6 dient. Die Kopplungseinrichtung 10 weist ein Kopplungselement zwischen der Handhabungseinrichtung 5 und der Bearbeitungseinrichtung 3 auf. Hierbei kann die Kopplungseinrichtung 10 zwischen der Antriebseinrichtung 7 und der Getriebeeinrichtung 8 oder zwischen der Getriebeeinrichtung 8 und der Bearbeitungseinrichtung 3 angeordnet sein, je nachdem, ob die Getriebeeinrichtung 8 Teil der Handhabungseinrichtung 5 oder Teil der Bearbeitungseinrichtung 3 ist. Vorzugsweise ist die Getriebeeinrichtung 8 und insbesondere die Kugelrollspindel 8a Teil der Handhabungseinrichtung 5, so dass die Kopplungseinrichtung 10 sich zwischen der Getriebeeinrichtung 8 und der Bearbeitungseinrichtung 3 befindet. Auf diese Weise ist für die gesamte Vorrichtung 1 nur eine einzige Getriebeeinrichtung 8 notwendig.
Eine zweite Kopplungseinrichtung 11 dient zur Kopplung der wenigstens einen Werkzeugaufnahme 9 mit der Handhabungseinrichtung 5 und eine dritte Kopplungseinrichtung 12 dient zur Kopplung einer Spanneinrichtung 13, die zum Spannen des wenigstens einen Werkstücks 2 während der Bearbeitung dient und die durch die Handhabungseinrichtung 5 steuerbar ist.
Des Weiteren ist in 2 erkennbar, dass die Spanneinrichtung 13 eine Aufnahmeplatte 14 aufweist, die von der Handhabungseinrichtung 5 aufgenommen werden kann bzw. derselben fest zugeordnet ist und auf der mehrere Spannelemente 15 zum Spannen der Werkstücke 2 angeordnet sind. Vorzugsweise hält die Handhabungseinrichtung 5 die Aufnahmeplatte 14 mittels Unterdruck bzw. Vakuum, wozu an der Handhabungseinrichtung 5 eine Unterdruckpumpe 16 vorgesehen ist.
In 3 ist die Kopplungseinrichtung 10, welche die der Handhabungseinrichtung 5 zugeordnete Antriebseinrichtung 7 so mit der Bearbeitungseinrichtung 3 koppelt, dass eine Relativbewegung zwischen den Bearbeitungswerkzeugen 4 und den Werkstücken 2 im Sinne einer Vorschubbewegung entsteht, detaillierter dargestellt. Die Kugelrollspindel 8a wird demnach von der Antriebseinrichtung 7 angetrieben und ist über ein das oben erwähnte Kopplungselement bildendes Verbindungsteil 17 mit der Bearbeitungseinrichtung 3 verbunden. Die Bearbeitungseinrichtung 3 kann dazu zum Beispeil in 3 nicht dargestellte Schienen aufweisen, auf denen sie so verschieblich ist, dass der Abstand zwischen den Bearbeitungswerkzeugen 4 und den Werkstücken 2 verändert werden kann. Die Kopplungseinrichtung 10 weist des Weiteren einen Absolutmaßstab 18 auf, der vorzugsweise berührungslos arbeitet und der an eine nicht dargestellte Steuerung der Handhabungseinrichtung 5 angekoppelt sein kann, um die Position der Bearbeitungseinrichtung 3 relativ zu der Handhabungseinrichtung 5 exakt zu messen. Neben der Überwachung durch den Absolutmaßstab 18 ist auch eine Überwachung durch die Geber in den Antriebseinrichtungen, wie beispielsweise der Antriebseinrichtung 7, möglich.
Alternativ zu der Bewegung der Bearbeitungseinrichtung 3 relativ zu den Werkstücken 2 bzw. zu der Handhabungseinrichtung 5 ist es auch möglich, die an der Handhabungseinrichtung 5 angeordnete Aufnahmeplatte 14 mit den darauf angeordneten Werkstücken 2 relativ zu der Bearbeitungseinrichtung 3 mit den darin gehaltenen Bearbeitungswerkzeugen 4 zu bewegen. Im vorliegenden Fall sind also die X- und die Y-Achse der Handhabungseinrichtung 5 und die Z-Achse der Bearbeitungseinrichtung 3 zugeordnet. Dies ist jedoch als rein beispielhaft anzusehen und es ist auch möglich, die beweglichen Achsen nur der Bearbeitungseinrichtung 3 oder nur der Handhabungseinrichtung 5 zu zuordnen.
4 zeigt einen Teil der Kopplungseinrichtung 12, welche die zum Spannen der Werkstücke 2 dienende Spanneinrichtung 13 und die Aufnahmeplatte 14 umfasst. Dabei ist zu erkennen, dass die Spanneinrichtung 13 ein Indexierelement 19 aufweist, das zur Lagefixierung der Spanneinrichtung 13 gegenüber der Bearbeitungseinrichtung 3 dient.
Das Indexierelement 19 ist im vorliegenden Fall als Spreizdorn ausgebildet, der, wie in 4 dargestellt, dafür vorgesehen ist, in eine Ausnehmung 20 in der Bearbeitungseinrichtung 3 einzugreifen. Auf diese Weise ergibt sich eine exakte Lagefixierung der Aufnahmeplatte 14 gegenüber der Bearbeitungseinrichtung 3 und damit gegenüber den Bearbeitungswerkzeugen 4, so dass eine entsprechend exakte Bearbeitung der Werkstücke 2 möglich ist. Vorzugsweise weist die Aufnahmeplatte 14 mehrere Indexierelemente 19 und die Bearbeitungseinrichtung 3 eine entsprechende Anzahl an Ausnehmungen 20 auf, so dass eine sehr exakte Ausrichtung der Werkstücke 2 relativ zu den Bearbeitungswerkzeugen 4 gegeben ist. Die Bearbeitungseinrichtung 3 kann eine entsprechende Platte aufweisen, in welcher sich die Ausnehmungen 20 befinden.
Durch die dritte Kopplungseinrichtung 12 ist es des Weiteren möglich, dass die Bearbeitungseinrichtung 3 die Aufnahmeplatte 14 aufnimmt und zentriert bzw. ausrichtet und auch über die Handhabungseinrichtung 5 verschraubt. Durch die exakte Lagepositionierung der Handhabungseinrichtung 5 gegenüber der Bearbeitungseinrichtung 3 aufgrund der Fixierung der Aufnahmeplatte 14 über die dritte Kopplungseinrichtung 12 ist eine sehr hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung der Werkstücke 2 erreichbar. In nicht dargestellter Weise kann jede Bearbeitungseinrichtung 3 auch eine Nasszelle aufweisen, die über die Aufnahmeplatte 14 abgedichtet werden kann.
Durch die beschriebene Ausgestaltung der Vorrichtung 1 und insbesondere der Handhabungseinrichtung 5 und der wenigstens einen Bearbeitungseinrichtung 3 sowie deren Zusammenwirken, ist es möglich, das zu bearbeitende Werkstück zu den jeweiligen Bearbeitungseinrichtungen 3 zu transportieren. Die Handhabungseinrichtung 5 weist dabei neben der Antriebseinrichtung 7 sämtliche für die Bearbeitung und das Spannen des Werkstücks 2 erforderlichen Antriebseinrichtungen auf, die der Übersichtlichkeit halber in den Figuren jedoch nicht dargestellt sind. Wie erläutert erfolgt das Spannen der Werkstücke 2 über die Aufnahmeplatte 14 vorzugsweise mittels Unterdruck, wozu im vorliegenden Fall die Unterdruckpumpe 16 vorgesehen ist. Die Werkzeugaufnahmen 9 und die nicht dargestellten Spindeln, die auf die Werkzeugaufnahmen 9 wirken, können an der Bearbeitungseinrichtung 3 fest montiert sein und können alternativ über einen direkt an der jeweiligen Werkzeugaufnahme 9 montierten Motor oder über eine der Handhabungseinrichtung 5 zugeordnete Antriebseinrichtung angetrieben werden. Auf die zweite Kopplungseinrichtung 11, die zur Erzeugung der Schnittgeschwindigkeit eingesetzt wird, kann in dem Fall, in dem die Bearbeitungseinrichtung 3 entsprechend den Motoren zum Antreiben der Werkzeugaufnahmen 9 aufweist, verzichtet werden.
Zum Bearbeiten der Werkstücke 2 nimmt die Handhabungseinrichtung 5 eine mit den Werkstücken 2 bestückte Aufnahmeplatte 14 aus einem nicht dargestellten Lager auf und spannt die Aufnahmeplatte 14 mit den Werkstücken 2 mittels Unterdruck. Durch das Aufnehmen der Werkstücke 2 mittels Unterdruck ist eine schnelle Übergabe derselben möglich. Während des Transports können die Werkstücke 2 beispielsweise elektromechanisch ausgerichtet und gespannt werden, wobei das Ausrichten der Werkstücke 2 über den Weg und das Spannen derselben über das Drehmoment erfolgt. Der eigentliche Spannvorgang der Werkstücke 2 erfolgt also vorzugsweise während des Transports. Auch während der Bearbeitung ist, aufgrund der Steuerung über den Weg und das Drehmoment, ein Entspannen und erneutes Spannen der Werkstücke 2 denkbar. Mit den gespannten Werkstücken 2 bewegt die Handhabungseinrichtung 5 die Aufnahmeplatte 14 zu einer der Bearbeitungseinrichtungen 3, wo die Aufnahmeplatte 14 wie beschrieben zentriert und gegebenenfalls verschraubt wird. Die Verschraubung der Aufnahmeplatte 14 mit der Bearbeitungseinrichtung 3 ist in den Figuren nicht dargestellt.
Mit dem Ankuppeln der Aufnahmeplatte 14 über die dritte Kopplungseinrichtung 12 erfolgt auch eine Kopplung der weiteren Kopplungseinrichtungen 10 und 11. Nach der vollständig erfolgten Kopplung der Handhabungseinrichtung 5 mit der Bearbeitungseinrichtung 3 werden die erforderlichen Achsen der Bearbeitungseinrichtung 3 über die Steuerung der Handhabungseinrichtung 5 entsprechend einem in die Steuerung der Handhabungseinrichtung 5 eingegebenen NC-Programm gesteuert. Nach der Bearbeitung wird ein eventuell erforderliches Kühlmittel, das ebenfalls über die Handhabungseinrichtung 5 zugeführt werden kann, ausgeschaltet, die Aufnahmeplatte 14 wird gelöst und es werden gegebenenfalls entstandene Späne abgespült. Danach kann die Aufnahmeplatte 14 mit den Werkstücken 2 zu der nächsten Bearbeitungseinrichtung 3 transportiert werden, um eine andere Bearbeitung vorzunehmen, bis letztendlich sämtliche Bearbeitungen an dem Werkstück 2 vorgenommen worden sind. Beispielsweise kann in einer ersten Bearbeitungseinrichtung 3 eine Bohrung erzeugt werden, die in einer nachfolgenden Bearbeitungseinrichtung 3 zu einer Gewindebohrung weiter verarbeitet oder mittels einer Reibahle in eine Passbohrung umgewandelt wird. Falls es dabei erforderlich ist, die Aufspannung der Werkstücke 2 zu ändern, können hierfür entsprechende Umspanneinrichtungen vorgesehen sein. Wenn nach der erfolgten Bearbeitung die Bearbeitungswerkzeuge 4 relativ zu den Werkstücken 2 bewegt werden, ist es möglich, sowohl die Bearbeitungseinrichtung 3 als auch die Handhabungseinrichtung 5 zu bewegen und dadurch die Dynamik und somit die Schnelligkeit der Bearbeitung zu erhöhen.
Da eine zur Kühlung der Bearbeitungswerkzeuge 4 eingesetzte Kühlmittelpumpe der Handhabungseinrichtung 5 zugeordnet sein kann, ist für die gesamte Vorrichtung 1 lediglich eine nicht dargestellte Kühlmittelpumpe notwendig. Diese Kühlmittelpumpe kann über Magnetventile mit der jeweiligen Bearbeitungseinrichtung 3 verbunden werden. Die Vorrichtung 1 ist auch für eine Minimalmengenschmierung geeignet, da die erzeugten Späne nach der Bearbeitung ausgeschüttet werden können.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform einer mit dem Bezugszeichen 21 bezeichneten Vorrichtung, die zum Fügen eines Werkstücks 22 mit wenigstens einem Fügeteil 23 bzw. zum Fügen mehrerer Fügeteile 23 mit dem Werkstück 22 dient. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Werkstück 22 um ein Kurbelgehäuse eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors und bei den Fügeteilen 23 um in das Kurbelgehäuse einzupressende Zylinderbuchsen. Selbstverständlich kann die nachfolgend näher beschriebene Vorrichtung 21 auch zum Fügen anderer Bauteile als die beschriebenen Kurbelgehäuse und Zylinderbuchse eingesetzt werden.
Um die Fügeteile 23 mit dem Werkstück 22 zu fügen, wird dabei das Werkstück 22 mittels einer Heizeinrichtung 24 erwärmt, so dass sich eine Ausdehnung der nicht dargestellten Bohrungen desselben ergibt, wobei die Verweildauer des Werkstücks 22 in der Heizeinrichtung 24 überwacht werden kann. Nach dem später beschriebenen Fügen der Fügeteile 23 mit dem Werkstück 22 werden diese gemeinsam in einer Kühleinrichtung 25 abgekühlt, wodurch die Fügeteile 23 fest mit dem Werkstück 22 verbunden werden. Wiederum weist die Vorrichtung 21 eine Handhabungseinrichtung 26 auf, die in ähnlicher Weise wie die Handhabungseinrichtung 5 gemäß der Ausführungsform der 1 bis 4 in mehreren, nicht näher dargestellten Achsrichtungen beweglich ist.
An der Handhabungseinrichtung 26 ist eine Fügeeinrichtung 27 angebracht, die in der Lage ist, das wenigstens eine Fügeteil 23 und das Werkstück 22 relativ zueinander zu bewegen. In der mit der Handhabungseinrichtung 26 verbundenen Fügeeinrichtung 27 werden die Zylinderbuchsen vorzugsweise während des Transports derselben mit dem Kurbelgehäuse gefügt. Hierzu können die Zylinderbuchsen über Vakuum längs geführt und über einen nicht dargestellten, von der Handhabungseinrichtung 26 gesteuerten, elektromechanischen Antrieb in die Bohrungen der Kurbelgehäuse abgesetzt werden. Sämtliche für den Fügevorgang erforderlichen Antriebseinrichtungen befinden sich vorzugsweise an der Handhabungseinrichtung 26 und werden von deren Steuerung gesteuert. Nach dem Fügen werden die Kurbelgehäuse mit den gefügten Zylinderbuchsen in die Kühleinrichtung 25 abgelegt. Nach einer bestimmten Verweilzeit werden die mit den Zylinderbuchsen gefügten Kurbelgehäuse entnommen und auf einer wiederum nicht dargestellten Transporteinrichtung abgelegt.
Der Transport des Werkstück 22 und des wenigstens einen Fügeteils 23 zu den Heizeinrichtungen 24 und den Kühleinrichtungen 25 erfolgt über die Handhabungseinrichtung 26. Vorzugsweise erfolgt die Fixierung derselben auf der Handhabungseinrichtung 5 mittels Unterdruck, wodurch eine optimale Übergabe des Werkstück 22 und des wenigstens einen Fügeteils 23 gewährleistet werden kann und die Taktzeiten verbessert werden können. Wenn das Kurbelgehäuse aus der Heizeinrichtung 24 entnommen werden kann, wird dasselbe mittels der Handhabungseinrichtung 26 entnommen und ebenfalls, wie oben erläutert, mittels Unterdruck fixiert. Während des Transports zu der Kühleinrichtung 25 erfolgt dann das Fügen der die Fügeteile 23 darstellenden Zylinderbuchsen mit dem das Werkstück 22 darstellenden Kurbelgehäuse.
Des Weiteren weist die Fügeeinrichtung 27 eine nur sehr schematisch angedeutete Prüfeinrichtung 28 auf, die zur Prüfung der relativen Position des wenigstens einen Fügeteils 23 und des Werkstücks 22 dient. Durch die Prüfeinrichtung 28 kann die korrekte Positionierung der Fügeteile 23 in dem Werkstück 22 nach dem Fügen derselben geprüft werden. Mittels der Prüfeinrichtung 28 kann auch eine Ausdehnung des Kurbelgehäuses, die Lage und/oder der Durchmesser der Bohrungen zur Aufnahme der Zylinderbuchsen und die Tiefe der Zylinderbuchsen mittels entsprechender, nicht dargestellter Messeinrichtungen, beispielsweise mittels eines 2D-Laserscanners, vermessen und dokumentiert werden. Durch die Vermessung des Kurbelgehäuses über dessen Ausdehnung kann die exakte Fügetemperatur überwacht werden. Des Weiteren kann über die Prüfeinrichtung 28 auch die Länge der Zylinderbuchsen gemessen werden. Bei der oben beschriebenen Relativbewegung der Zylinderbuchsen zu dem Kurbelgehäuse können mittels entsprechender, der Prüfeinrichtung 28 zugeordneter Geber die Tiefe der Zylinderbuchsen vermessen werden. Die Zylinderbuchsen können entsprechend der gemessenen Lage der Bohrungen über entsprechende Achsen verschoben werden, so dass die Zylinderbuchsen gefügt werden können, ohne das Kurbelgehäuse zu berühren. Dabei kann über einen elektrischen Stromkreis überwacht werden, dass die Zylinderbuchsen das Kurbelgehäuse nicht berühren.
Bei den Heizeinrichtungen 24 handelt es sich um einzelne Heizeinrichtungen, in denen jeweils nur ein Kurbelgehäuse aufgenommen werden kann. Gegebenenfalls können die Heizeinrichtungen 24 mehrstöckig ausgeführt sein. Die Beheizung der Heizeinrichtungen 24 kann mit elektrischem Strom erfolgen. Die erforderliche Energie für die Kühleinrichtung 25 und der erforderliche elektrische Strom können über einen Verbrennungsmotor erzeugt werden, der beispielsweise mit Gas oder Diesel betrieben werden kann. Die Verwendung von Gas oder Diesel ermöglicht die Einsparung von Energiekosten. Der erforderliche Strom kann ebenfalls sehr preisgünstig über den Verbrennungsmotor erzeugt werden. Die Heizeinrichtungen 24 können mit einer Vorheizzone ausgestattet sein, um das Kurbelgehäuse mit der Abwärme des Verbrennungsmotors auf eine Temperatur von ca. 100°C zu erwärmen. Die Abwärme des Verbrennungsmotors kann also für die Versorgung der Vorheizzone der Heizeinrichtungen 24 verwendet werden. Durch diese Vorheizzone an jeder Heizeinrichtung 24 kann eine Energieeinsparung erreicht werden.
Die Heizeinrichtungen 24 können eine Transporteinrichtung, wie beispielsweise ein Transportband, aufweisen, mittels welchem das Kurbelgehäuse in die eigentliche Aufheizzone transportiert wird. Nach dem Erwärmen wird das Kurbelgehäuse wieder mittels der Transporteinrichtung in die Vorheizzone transportiert. Auch bei Störungen können die Kurbelgehäuse mittels der Transporteinrichtung in die Vorheizzone transportiert werden. Dabei ist es möglich, während des Transports die Ausdehnung der Bohrungen des Kurbelgehäuses zu vermessen, beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Laserlichtschranke. Des Weiteren können sich an der Transporteinrichtung Geber befinden, um die exakten Positionen der Bohrungen des Kurbelgehäuses zu ermitteln.
Die Handhabungseinrichtung 26 kann dabei sämtliche der Heizeinrichtungen 24 nacheinander mit jeweils einem der Werkstücke 22 bestücken und, je nach Verweilzeit der Werkstücke 22 in den Heizeinrichtungen 24, einen kontinuierlichen Prozess erzeugen. Zwischenzeitlich nimmt die Handhabungseinrichtung 26 die Zylinderbuchsen auf und fixiert diese mittig mittels Unterdruck. Durch diese Fixierung der Zylinderbuchsen mittels Unterdruck werden dieselben auf der gesamten Länge geführt.

Claims

Vorrichtung (1) zur Handhabung und Bearbeitung von Werkstücken (2) mit folgenden Merkmalen: - wenigstens einer Bearbeitungseinrichtung (3) zur Bearbeitung der Werkstücke (2), die wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug (4) aufweist, - einer in mehreren Achsrichtungen beweglichen Handhabungseinrichtung (5) zur Handhabung der Werkstücke (2), - wenigstens einer Kopplungseinrichtung (10,11,12) zur Ankopplung der Handhabungseinrichtung (5) an die wenigstens eine Bearbeitungseinrichtung (3), welche wenigstens ein Kopplungselement zwischen der Handhabungseinrichtung (5) und der wenigstens einen Bearbeitungseinrichtung (3) aufweist, - wenigstens einer Vorschubeinrichtung (6) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug (4) und dem Werkstück (2), die wenigstens eine an der Handhabungseinrichtung (5) angeordnete Antriebseinrichtung (7) und wenigstens eine Getriebeeinrichtung (8) aufweist, - wenigstens einer Spanneinrichtung (13) zum Spannen des wenigstens einen Werkstücks (2) während der Bearbeitung, welche durch die Handhabungseinrichtung (5) steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Bearbeitungseinrichtung (3) wenigstens eine Werkzeugaufnahme (9) für das wenigstens eine Bearbeitungswerkzeug (4) aufweist, welche durch die Handhabungseinrichtung (5) steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kopplungseinrichtungen (10,11,12) zur Ankopplung der Handhabungseinrichtung (5) an die wenigstens eine Bearbeitungseinrichtung (3) vorgesehen sind, wobei eine erste Kopplungseinrichtung (10) zur Kopplung der wenigstens einen Vorschubeinrichtung (6), eine zweite Kopplungseinrichtung (11) zur Kopplung der wenigstens einen Werkzeugaufnahme (9) und eine dritte Kopplungseinrichtung (12) zur Kopplung der wenigstens einen Spanneinrichtung (13) dient.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Getriebeeinrichtung (8) eine Kugelrollspindel (8a) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spanneinrichtung (13) eine Aufnahmeplatte (14) aufweist, die von der Handhabungseinrichtung (5) aufnehmbar ist und auf der mehrere Spannelemente (15) zum Spannen des wenigstens einen Werkstücks (2) während der Bearbeitung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungseinrichtung (5) die Aufnahmeplatte (14) mittels Unterdruck hält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spanneinrichtung (13) wenigstens ein Indexierelement (19) zur Lagefixierung der wenigstens einen Spanneinrichtung (13) gegenüber der wenigstens einen Bearbeitungseinrichtung (3) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Indexierelement (19) als Spreizdorn ausgebildet ist, der dafür vorgesehen ist, in eine Ausnehmung (20) in der wenigstens einen Bearbeitungseinrichtung (3) einzugreifen.
Vorrichtung (21) zum Fügen wenigstens eines Fügeteils (23) mit einem Werkstück (22) mit folgenden Merkmalen: - mehreren Heizeinrichtungen (24) zur Erwärmung des Werkstücks (22), - einer in mehreren Achsrichtungen beweglichen Handhabungseinrichtung (26), an der eine Fügeeinrichtung (27) zum relativen Bewegen des wenigstens einen Fügeteils (23) und des Werkstücks (22) zueinander angeordnet ist, - mehreren Kühleinrichtungen (25) zur Abkühlung des mit dem wenigstens einen Fügeteil (23) gefügten Werkstücks (22), wobei jeweils eine der Heizeinrichtungen (24) mit einer der Kühleinrichtungen (25) derart gekoppelt ist, dass eine Abwärme der Kühleinrichtung (25) von der damit gekoppelten Heizeinrichtung (24) nutzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeeinrichtung (27) eine Prüfeinrichtung (28) zur Prüfung der relativen Position des wenigstens einen Fügeteils (23) und des Werkstücks (22) aufweist.
Verfahren zum Fügen wenigstens eines Fügeteils (23) mit einem Werkstück (22), wobei das Werkstück (22) in einer Heizeinrichtung (24) erwärmt wird, wobei das mit dem wenigstens einen Fügeteil (23) gefügte Werkstück (22) in einer Kühleinrichtung (25) abgekühlt wird, wobei das wenigstens eine Fügeteil (23) und das Werkstück (22) in einer an einer in mehreren Achsrichtungen beweglichen Handhabungseinrichtung (26) angeordneten Fügeeinrichtung (27) durch relatives Bewegen des wenigstens einen Fügeteils (23) und des Werkstück (22) zueinander miteinander gefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine der Heizeinrichtungen (24) mit einer der Kühleinrichtungen (25) gekoppelt ist, und dass eine Abwärme der Kühleinrichtung (25) von der damit gekoppelten Heizeinrichtung (24) genutzt wird.