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Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft eine Drehmaschine. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine Vertikal-Drehmaschine, also mit im Wesentlichen vertikal angeordneter Drehachse, als Z-Richtung definiert.
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Sofern im Rahmen der vorliegenden Anmeldung bei Richtungsangaben und Lageangaben „im Wesentlichen“ hinzugefügt ist, bedeutet dies eine Abweichung von der entsprechenden Richtung um maximal +/- 45 Grad, besser +/- 30 Grad, besser +/- 20 Grad, besser +/- 10 Grad.
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II. Technischer Hintergrund
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Um Werkzeugmaschinen wie Drehmaschinen automatisch Be- und Entladen zu können, insbesondere auch Vertikal-Drehmaschinen, stehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Verfügung:
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Die eine Möglichkeit, mit der sich auch die Erfindung befasst, ist die Beladung mittels eines Roboters, also mittels einer Ladevorrichtung, bei der eine Haltevorrichtung, meist ein Greifer, das Werkstück an einer Aufnahmeposition ergreift und in den Arbeitsraum zu dem dortigen Spannelement, meist einen Backenfutter, positionsgenau anliefert, so dass es von dem Spannelement ergriffen werden kann.
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Der Nachteil besteht darin, dass eine solche Ladevorrichtung - in der Regel ist dabei ein Ladewagen, der den Greifer trägt, relativ zu einer Ladeführung verfahrbar - eine eigene Baugruppe ist und bei den Gesamtkosten einer Werkzeugmaschine überproportional zu Buche schlägt, weil es einerseits eine eigenstabile Grundkonstruktion benötigt und meist auch eine eigene Steuerung aufweist, die mit der Steuerung der Werkzeugmaschine nur über Schnittstellen gekoppelt ist. Insgesamt entsteht dadurch ein hoher konstruktiver Aufwand als auch Montageaufwand.
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Bei beiden automatischen Be- und Entlademöglichkeiten wird zum Einen der möglichst mannlose Betrieb der Maschine angestrebt, vor allem aber auch die Reduzierung der Totzeiten, um die Taktzeit zum Herstellen der fertig bearbeiteten Werkstücke möglichst zu reduzieren.
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Zu diesem Zweck werden die zu bewegenden Massen einer Ladevorrichtung, insbesondere der Greifer und der diesen tragende Auslegerarm, möglichst leicht ausgebildet, mit einem schnellen Antrieb ausgestattet um die zeitlichen Abstände des Transportvorganges, die außerhalb der Hauptzeit, also der Bearbeitungszeit des Werkstückes, durchgeführt werden müssen, möglichst gering zu halten.
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Aus diesem Grund ist es bereits bekannt, beim Beladen einer Drehmaschine mittels einer Ladevorrichtung noch während der Bearbeitung des vorangehenden Werkstückes im Arbeitsraum der Drehmaschine das nachfolgende Rohteil bereits möglichst nah an den Arbeitsraum heran zu transportieren. Danach wird möglichst mittels der gleichen Ladevorrichtung im selben Arbeitsgang das bearbeitete Werkstück an der Bearbeitungsposition ergriffen und anschließend das herangeführte Rohteil an der Bearbeitungsposition abgelegt, wofür in aller Regel zwei Halteelemente an der Ladevorrichtung, insbesondere dem vom Ladewagen abragenden Auslegerarm, angeordnet sind.
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Sofern in der vorliegenden Anmeldung von einem Greifer gesprochen wird, soll dies alle Arten von Halteelementen umfassen, die in der Lage sind ein Werkstück zu ergreifen und zu halten.
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Vor allem Drehmaschinen besitzen ein den Arbeitsraum umgebendes Gehäuse, welches sehr stabil ausgebildet ist, um das bei der Bearbeitung mit hoher Drehzahl rotierende Werkstück auch dann zuverlässig im Arbeitsraum zu halten, falls es sich aus dem Spannelement löst und unkontrolliert wegfliegt.
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Auf derjenigen Seite des Laderaumes, in der die Ladeöffnung vorgesehen ist als Zugang in den Arbeitsraum, ist es bekannt, dass diese Ladeöffnung durch eine entsprechend stabile Tür zu verschließen.
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Im speziellen Fall einer Vertikal-Drehmaschine mit aufrechtstehender Drehachse - bei der die Hauptspindel für das Werkstück meist hängend und mit dem Spannfutter nach unten weisend angeordnet ist und gegebenenfalls von einer nach oben weisenden, darunter angeordneten Gegenspindel ergänzt wird - ergeben sich spezielle Verhältnisse hinsichtlich der Anordnung der Achsen und Bewegungsmöglichkeiten einer solchen Ladevorrichtung:
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Aufgrund der Tatsache, dass entsprechend der aufrechten Anordnung des Werkstückes bei der Bearbeitung auch die Ladeöffnung - die Außentür umfasst in der Regel auch ein Sichtfenster - möglichst klein gehalten werden soll, ist diese in der Vertikalen, also der Verlaufsrichtung der Drehachse, länger ist als quer hierzu, also in der Horizontalen.
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Bei einer Pick-up-Maschine, ist die Spannvorrichtung, welche das Werkstück während der Bearbeitung hält und bei der Drehmaschine auch rotierend antreibt - meist ein Spannfutter - in der Lage, aus dem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine herauszufahren zu einer außerhalb des Gehäuses der Werkzeugmaschine liegenden Aufnahme-Position für ein noch nicht bearbeitetes Werkstück, also ein Rohteil, und dieses aufzunehmen und in den Arbeitsraum zu bringen.
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Bei einer Pick-up-Drehmaschine sind dann meist auch die Drehwerkzeuge im Arbeitsraum fest positioniert, und das das Werkstück haltende Spannfutter, meist ein Backenfutter, wird zusammen mit der das Spannfutter antreibenden Werkstück-Spindel die notwendigen Positionen im Arbeitsraum verfahren, um das Werkstück in Kontakt mit den Drehwerkzeugen zu bringen.
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Der Nachteil einer Pick-up-Maschine besteht darin, dass große und schwere Komponenten wie die Hauptspindel mit Backenfutter präzise und nach Möglichkeit auch schnell bewegt werden müssen.
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III. Darstellung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Ladevorrichtung für Vertikal-Drehmaschinen zu schaffen, die trotz einfachem, kostengünstigen Aufbau eine erhebliche Reduzierung der Totzeiten durch automatisches Be- und Entladen erreichen lässt, wobei die Zugänglichkeit zum Arbeitsraum möglichst wenig behindert werden soll.
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Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 18 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist der Arbeitsraum zumindest im Bereich der Ladeöffnung durch ein Innengehäuse, insbesondere eine Innentür, sowie ein außerhalb des Innengehäuses angeordnetes stabiles Außengehäuse, insbesondere eine stabile Außentür, verschließbar ist, wobei nur die Außentür so stabil ausgebildet ist, um ein im Arbeitsraum sich lösendes Werkstück im Arbeitsraum zurückzuhalten.
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Die Innentür ist primär als Späneschutz-Tür ausgebildet, dient also dazu, zu verhindern, dass Späne oder auch Kühl-Schmier-Mittel aus dem Arbeitsraum nach außen gelangt.
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Abseits der Ladeöffnung können Innengehäuse und Außengehäuse zusammengefasst sein zu einem einzigen Gehäuse.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Ladevorrichtung oder wenigstens Teile hiervon in einem hierfür vorgesehenen Abstand zwischen Innentür und Außentür anzuordnen, und in diesem Abstand auch das nächste Rohteil heranzuführen sowie das fertige Werkstück abzuführen, ohne dass hierfür die Außentür geöffnet werden muss, sondern für den Be- und Entladevorgang nur jeweils die Innentür geöffnet werden muss.
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Das zuzuführende nächste Rohteil wird bereits während der Bearbeitung des vorausgehenden Werkstückes möglichst unmittelbar vor der Innentür positioniert, um möglichst schnell nach Beenden der Bearbeitung die Innentür zu öffnen und mittels der Ladevorrichtung das in Wartestellung gehaltene Rohteil in den Arbeitsraum zu bringen und die Werkzeugmaschine damit zu beladen, unter unmittelbar vorher durchgeführter Entnahme des fertigen Werkstückes mittels der gleichen Ladevorrichtung.
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Hinsichtlich der Vertikal-Drehmaschine müssen die dafür benötigten Bewegungsmöglichkeiten der Ladevorrichtung in zwei Varianten unterteilt werden:
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Bei beiden Varianten verläuft eine Ladeführung über oder im Zwischenraum zwischen Innentür und Außentür, und im Wesentlichen parallel zur Hauptebene der Ladeöffnung und/oder Hauptebene der Innentür.
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Entlang der Ladeführung ist ein Ladewagen im Zwischenraum verfahrbar, an dem direkt oder indirekt der eine oder die zwei Greifer zum Halten von je einem Werkstück befestigt sind.
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Die Greifer sind dabei in der Regel an einem Ladearm angeordnet, der gegenüber dem Ladewagen schwenkbar ist und vorzugsweise selbst in seiner Längserstreckung längenveränderbar, insbesondere teleskopierbar, ist.
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Die beiden Varianten unterscheiden sich dadurch, ob die Schwenkachse des Ladearmes im Wesentlichen parallel zur Drehachse oder windschief hierzu liegt.
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Erste Variante = Schwenkachse des Ladearmes parallel zur Drehachse:
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Der Ladearm, an dessen vorderen Ende sich der eine oder die zwei Greifer befinden, ist somit um eine im Wesentlichen vertikale Achse verschwenkbar relativ zum Ladewagen, also in einer etwa horizontalen Ebene verschwenkbar.
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Bei dieser Variante ist der Ladearm vorzugsweise nicht direkt am Ladewagen schwenkbar befestigt, sondern an einem vom Ladearm abragenden Auslegerarm, der sich quer zur Führungsrichtung der Ladeführung erstreckt, aber ebenfalls in einer Ebene parallel zur Ebene der Ladeöffnung und/oder der Hauptebene der Innentür.
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Der Auslegerarm ist vorzugsweise ebenfalls in seiner Länge veränderbar, insbesondere teleskopierbar.
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Dann erstreckt sich vom Ladewagen aus ein Auslegerarm in vertikaler Richtung, also bei einem oberhalb der Ladeöffnung angeordneter Ladeführung nach unten, und in dessen freien Endbereich ist der Ladearm verschwenkbar um die Armachse befestigt.
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Der Auslegerarm ist dabei vorzugsweise in seiner Länge verstellbar, oder jedenfalls ist die schwenkbare Befestigung des Ladearmes am Auslegerarm in ihrem vertikalen Abstand zu dem Ladewagen gesteuert verstellbar.
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Der Ladewagen und/oder der Auslegerarm ist - vorzugsweise horizontal - entlang einer Ladeführung außerhalb des Innengehäuses und innerhalb des Außengehäuses, also vorzugsweise zwischen Innentür und Außentür - in der Aussicht betrachtet - verfahrbar.
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Damit die Ladeführung nicht vor der Ladeöffnung verläuft, ist sie darüber oder darunter angeordnet, vorzugsweise darüber, um einen darauf fallen von Verschmutzungen weitestgehend zu verhindern und dementsprechend kann die Ladeführung auch in einer Höhe oberhalb der Innentür und/oder der Außentür angeordnet sein, ist jedoch vorzugsweise am Gehäuse, insbesondere am Innengehäuse, befestigt.
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In der Transportstellung verläuft der Ladearm in einer Ebene parallel zur Ebene der Ladeöffnung beziehungsweise der Ebene der geschlossenen Innentür, die nicht zwingend eine Schiebetür sein muss sondern auch eine - dann vorzugsweise in den Arbeitsraum hinein öffnende - ein- oder zwei-flügelige Flügeltür sein kann.
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Der Ladearm kann aus dieser Ebene heraus verschwenken, wenn er sich entweder in der Aufsicht von vorne auf die Ladeöffnung seitlich außerhalb des Bereichs zumindest des Innengehäuses und/oder des Außengehäuses befindet, und kann dadurch eine Aufgreifposition zum Aufnehmen eines Rohteiles anfahren oder eine Ablageposition zum Ablegen eines Fertigteiles, also eines fertig bearbeiteten Werkstückes.
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Ein Verschwenken ist auch dann möglich, wenn sich der Ladearm - zumindest sein freier Endbereich - vor der geöffneten Ladeöffnung befindet, und kann dann mit einem oder nacheinander beiden Greifern die Werkstückposition im Arbeitsraum, also die Drehmitte, anfahren und dort ein Werkstück ergreifen oder ablegen.
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Da in der Aussicht von vorne auf die Ladeöffnung die Ladeöffnung möglichst schmal gehalten wird, ist der Ladearm - auch wenn er teleskopierbar ist - auch in seiner kürzesten Ausfahrstellung oft noch länger als die Ladeöffnung breit ist, sodass ein hereinschwenken des Ladearmes nur möglich ist unter gleichzeitiger Verfahrung des Ladewagens in Richtung Ladeöffnung, also besondere Mitte der Ladeöffnung, wenn diese in der Frontansicht betrachtet wird.
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Zu diesem Zweck ist die Schwenkachse des Ladearmes, die Armachse, ausreichend von der Außenfläche des Innengehäuses, also der äußersten Ebene der Ladeöffnung, entfernt, insbesondere von derjenigen vertikalen Seitenkante der Ladeöffnung, um die beim Einfahren oder Ausfahren der Ladearm herumgeführt werden muss.
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Dieser Abstand beträgt vorzugsweise mindestens 10 cm, besser mindestens 15 cm, besser mindestens 20 cm oder in relativen Angaben ausgedrückt mindestens 5 %, besser mindestens 10 %, besser mindestens 15 % der Breite der Ladeöffnung, vorzugsweise gemessen in der Horizontalen.
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Die maximale Auszug-Länge des Ladearmes ist so groß, dass der Abstand von der Armachse bis zu jedem der beiden Greifer mindestens so groß ist wie der minimal mögliche Abstand zwischen Drehachse und Armachse.
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Statt nur einer Ladeführung kann es auch zwei parallel verlaufende, beispielsweise eine obere und untere Ladeführung, geben, die sich in der Frontansicht betrachtet jeweils einerseits oberhalb und andererseits unterhalb der Ladeöffnung befinden, wobei dann der Auslegerarm mit seinen beiden Enden an jeweils einem der dann vorhandenen, synchron miteinander verfahrbaren, Ladewagen befestigt ist, die jeweils an einer der beiden Ladeführungen verfahrbar sind.
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Die Ladeführung geht in aller Regel mindestens auf einer Seite über das Innengehäuse und/ Außengehäuse hinaus, oder auch auf beiden Seiten.
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Im letzteren Fall wird dann die eine Seite zum Aufnehmen eines Rohteiles an einer Aufnahmeposition und die andere Seite zum Ablegen eines Fertigteiles in einer Ablageposition verwendet.
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Die Höhenverstellung des Ladearmes am Auslegerarm kann dazu benutzt werden,
- - das auf Drehposition gebrachte Rohteil abzusenken und auf einem darunter befindlichen Spannelement aufzusetzen, etwa einer drehbaren oder gar antreibbaren Zentrierspitze, oder in ein Backenfutter,
- - beziehungsweise ein Fertigteil durch Anheben davon abzuheben.
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Dann ist keine zusätzliche Höhenverstellung des wenigstens einen Greifers am Ladearm nötig.
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Der Ladearm benötigt eine Schwenkbarkeit um die Armachse von mindestens etwa 90 Grad, um zwischen der Transportstellung und der in den Arbeitsraum hineinragenden Ladestellung verschwenkbar zu sein. Eine größere Schwenkbarkeit ermöglicht jedoch eine wesentlich flexiblere Anwendung der Ladevorrichtung:
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So kann beispielsweise bei einem Verschwenken um 180 Grad der Ladearm wahlweise in eine von zwei verschiedenen Transportstellungen verschwenkt werden, also von der Schwenkachse in der Frontansicht betrachtet nach links oder nach rechts weisend.
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Dadurch ist es auch möglich, beim Heranführen des Ladearmes diesen mit den Greifern voraus oder der Armachse voraus der Ladeöffnung anzunähern und dementsprechend auch zu wählen, um welche der beiden Seitenkanten der Ladeöffnung herum das Einschwenken des Ladearmes in den Laderaum erfolgt.
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Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Ladearm seitlich versetzt zur Armachse verläuft und/oder die Greifer eine relativ große Erstreckung quer zur Erstreckungsrichtung des Ladearmes besitzen.
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Die Höhenverstellung kann ferner dazu benutzt werden, um vom Ladearm gehaltene Werkstücke, beispielweise ein Rohteil, beim Heranführen in die Warteposition, also vor der Ladeöffnung beziehungsweise der noch geschlossenen Innentür - oder wieder Wegbewegen von der Ladeöffnung - an einer oder gar mehreren Vorbearbeitungs- bzw. Nachbearbeitung-Vorrichtungen vorbeizuführen, die sich seitlich beabstandet zur Ladeöffnung an der Außenseite des Innengehäuses befinden - beispielsweise eine Reinigungsstation wie etwa eine Ablassstation, eine Laservorrichtung zum Beschriften des Werkstückes mittels Laser oder ähnliches - jedoch nicht auf derselben Höhe wie das auf der Drehachse im Arbeitsraum gehaltenen Werkstück.
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Solche Vorbearbeitungs-Vorrichtungen können sich auf unterschiedlichen Höhen befinden, oder auch nur bei einer Vorbearbeitungsvorrichtung bewusst auf einer geringen Höhe, beispielsweise unterhalb der Höhe der Unterkante der Ladeöffnung, angeordnet sein um dabei auftretende Verschmutzungen nicht zur Innentür gelangen zu lassen.
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Die Höhenverstellung ist ferner wichtig, da sich Aufgreif- und Ablageposition ebenfalls meist nicht auf der gleichen Höhe wie das im Arbeitsraum gehaltene Werkstück befinden.
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Zweite Variante = Armachse quer, insbesondere windschief, zur Drehachse:
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Bei dieser Lösung verläuft die Armachse, also die Schwenkachse des Ladearmes gegenüber dem Ladewagen, vorzugsweise im Wesentlichen horizontal, und liegt in aller Regel in dem Abstand zwischen der Innentür und der Außentür oder höher, vorzugsweise oberhalb der Ladeöffnung. Dies minimiert Verschmutzungen der Ladeführung und des Ladewagens.
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Auf der einen Seite ermöglicht es diese Lösung, dass der Ladearm auch direkt am Ladewagen schwenkbar befestigt ist, und nicht indirekt über einen vom Ladewagen abragenden, insbesondere etwa vertikal abragenden, Auslegeram.
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Auf der anderen Seite besteht der Nachteil darin, dass bei dieser Lösung je nach Schwenkzustand des Ladearmes die axiale Richtung des von dem Greifer gehaltenen Werkstückes, also die axiale Richtung des Greifers, bei der Positionierung des Werkstückes auf der Drehachse mit dieser übereinstimmen soll, dadurch aber in allen anderen Schwenkstellungen nicht mit der Richtung der Drehachse übereinstimmt, insbesondere nicht in der Wartestellung vor der geschlossenen Innentür, also zwischen Innentür und Außentür:
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Dadurch steht dann - in Richtung der Ladeführung betrachtet - das Werkstück, meist eine Welle, nicht vertikal sondern schräg zur Vertikalen, und beansprucht in der Y-Richtung, der Richtung des kürzesten Abstandes zwischen Innentür und Außentür, also der Tiefe des Arbeitsraumes, einen erheblichen Platzbedarf, was entweder einen vergrößerten Abstand zwischen Innentür und Außentür erfordert oder eben die Bearbeitung nur relativ kurzer Werkstücke ermöglicht.
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Will man dies vermeiden, ist eine zusätzliche gesteuerte Kippachse notwendig, um die Greiferachse - in der Regel befinden sich beide Greiferbacken beweglich an einer Greifer-Basis, insbesondere dem Auslegerarm, und die axiale Richtung des Greifers, also die axiale Richtung des davon gehaltenen Werkstückes, steht immer an der gleichen Stelle, egal welchen Durchmesser das Werkstück besitzt - auch in der Wartestellung vor der geschlossenen Innentür vertikal ausrichten zu können.
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Ansonsten gelten die gleichen Möglichen wie zuvor ernannt, der ersten Variante beschrieben.
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Damit mit ein und demselben Ladearm sowohl das Fertigteil aus der Drehmaschine entnommen als ein neues Rohteil in der Werkzeugmaschine im Arbeitsraum abgelegt werden kann, sind unterschiedliche Varianten der Anbringung am Ladearm möglich:
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Der wenigstens eine Greifer oder bei mehreren Greifern vorzugsweise jeder einzelne können in ihrer Position zur Armachse des sie tragenden Ladearmes gesteuert veränderbar sein. Der wenigstens eine Greifer kann einzeln oder bei mehreren Greifern auch die sie gemeinsam am Ladearm schwenkbar, insbesondere drehbar Achse befestigt sein, die entweder quer zur Erstreckungsrichtung des Ladearmes verläuft, oder auch mit dieser übereinstimmt, nämlich wenn die Greifer über das freie Ende des Ladearmes hinaus in dessen Erstreckungsrichtung vorstehen.
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Damit die Werkstücke in Aufgreifpositionen aufgenommen beziehungsweise in Ablagepositionen abgelegt werden können, in denen die Werkstückachse nicht parallel zu der vertikalen Drehachse ist, sondern zum Beispiel die Werkstücke mit ihrer axialen Richtung horizontal ausgerichtet sind, ist ebenfalls meist eine entsprechende Drehbarkeit des Greifers gegenüber dem ihn tragenden Ladearm notwendig, vorzugsweise um eine quer zur Erstreckungsrichtung des Ladearmes verlaufende Schwenkachse.
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Hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben einer solchen Vertikal-Drehmaschine wird die bestehende Aufgabe dadurch gelöst, dass
- a) während des Bearbeitens eines Werkstückes im Arbeitsraum bei geschlossener sowohl Innentür als auch Außentür
- - das eine Halteelement, insbesondere Greifer, der Ladevorrichtung im Abstand dazwischen nach außerhalb der Vertikal-Drehmaschine zu einer Aufnahme-Position verfahren wird und dort ein Rohteil ergreift,
- - das eine Halteelement, insbesondere Greifer, im Abstand dazwischen in eine Warteposition unmittelbar vor der Innentür verfahren wird,
- b) nach dem Ende der Bearbeitung des Werkstückes die Innentür geöffnet wird,
- - das andere Halteelement, insbesondere Greifer, in den Arbeitsraum hinein verfahren wird, insbesondere durch Schwenken des Ladearmes und/oder Teleskopieren des Ladearmes und
- - das bearbeitete Werkstück ergreift,
- - das wenigstens eine das bearbeitete Werkstück haltende Spannelement gelöst wird,
- - das erste Halteelement das Rohteil in Spannposition auf Drehmitte bringt,
- - das Rohteil im Spannenelement gespannt wird,
- - der Ladearm mit den beiden Halteelementen und dem Fertigteil aus dem Arbeitsraum heraus bewegt, insbesondere heraus geschwenkt wird,
- - unmittelbar danach die Innentür geschlossen wird und
- - das das Fertigteil haltende Halteelement zunächst im Zwischenraum zwischen Innentür und Außentür und vorzugsweise darüber hinaus zu einer Ablage-Position außerhalb der Vertikal-Drehmaschine verfahren wird und
- - das Halteelement geöffnet wird zum Ablegen des Fertigteiles in der Ablage-Position.
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Ausführungsbeispiele
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Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
- 1a: die erfindungsgemäße Vertikal-Drehmaschine in perspektivischer Ansicht, jedoch ohne Außentür,
- 1b: die Maschine der 1a in Frontansicht ohne Verkleidungsteile,
- 1c: die Maschine der 1a in der Aufsicht von oben, einschließlich des Außengehäuses und der Außentür,
- 2a - i: Teil-Aufsichten auf die Maschine analog zu 1c, wobei sich die Ladevorrichtung in unterschiedlichen Funktionsstellungen befindet,
- 3a - e: perspektivische Ansichten der Maschine analog zu 1a, also ohne Außentür und Außenverkleidung, mit der Ladevorrichtung in unterschiedlichen Funkfunktionsstellungen,
- 4a - i: Teil-Aufsichten der Maschine analog zu den 2a - 2i, jedoch bei einem anderen Funktionsablauf des Be- und Entladens der Maschine als in den 2a - i.
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Die 1a, b, c zeigen die Vertikal-Drehmaschine 1 mit Ladevorrichtung 50 zum Be- und Entladen mit Werkstücken in perspektivischer Ansicht sowie in Frontansicht und Aufsicht.
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In der perspektivischen 1a und der Frontansicht der 1b ist dabei das Außengehäuse 13, insbesondere die Außentür 15, weggelassen, jedoch ist die Innentür 5 des Innengehäuses 3 dargestellt, die die Ladeöffnung 4 des Arbeitsraumes 2 verschließen kann.
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Die Vertikal-Drehmaschine 1 ist wie üblich auf einem Maschinen-Bett 10 aufgebaut, welches über Stellfüße auf dem Untergrund ruht, und im Arbeitsraum 2 kann ein Drehteil 100 mit seiner axialen Richtung vertikal, also auf der Drehachse 7', gespannt werden, indem es mit seinem unteren Ende an einem nach oben weisenden Spannteil 7a, beispielsweise einem Backenfutter, gehalten und drehend angetrieben werden kann, welches von einem unteren Spindelstock 8 angetrieben wird.
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In 1b wird das Drehteil 100 jedoch zwischen dem unteren Spannteil 7a, hier einer Zentrierspitze, und einem oberen Spannteil 7b, häufig einem ebenfalls drehend antreibbaren Stirnmitnehmer, gehalten und drehend angetrieben, während die Drehwerkzeuge, die meist an einem Werkzeug-Revolver 12 angeordnet sind (siehe 3c) an das gespannte Rohteil 100 herangefahren werden können, um dieses im um die Drehachse 7' rotierenden Zustand zu bearbeiten.
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Die Revolverachse 12' des Werkzeug-Revolvers 12 ist dabei ebenfalls in Z-Richtung, also vertikal, ausgerichtet und verläuft parallel zur Drehachse 7', wobei es sich bei dem Werkzeug-Revolver 12 in diesem Fall um die Bauform mit Werkzeugaufnahmen an seinem Umfang handelt.
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Für die vorliegende Anmeldung ist jedoch die Ausbildung und Positionierung der Ladevorrichtung 50 ausschlaggebend.
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Wie 1c erkennen lässt, kann die Ladeöffnung 4 des Arbeitsraumes 2 von einer als Schiebetür ausgebildeten Innentür 5 verschlossen werden, die entlang ihrer Hauptebene 5" zwischen einer die Ladenöffnung 4, also die offene Seite des Laderaumes 2, verschließenden und einer freigebenden Stellung hin und her verfahrbar ist. Diese Innentür 5 ist wenig stabil und dient hauptsächlich als Späneschutztür, um das Herausfliegen von Spänen aus dem Arbeitsraum 2 nach außen zu verhindern.
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Im Abstand 6 außerhalb der Innentür 5 ist die Frontseite des Außengehäuses 13 und im Bereich der Ladeöffnung 4, 14 eine Außentür 15 angeordnet, die wesentlich massiver ist und auch ein aus dem Arbeitsraum 2 weggeschleudertes Werkstück 100 zurückhalten kann.
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Die Ladevorrichtung 50 dient dazu, jeweils ein Rohteil 100' an einer Aufnahmeposition 16 außerhalb der Vertikal-Drehmaschine 1 aufzunehmen und im Arbeitsraum 2 auf der Drehachse 7' zu positionieren, wobei vorher mittels der Ladevorrichtung 50 das dort noch befindliche fertig bearbeitete Fertigteil 100 von der Ladevorrichtung 50 ergriffen und aus dem Arbeitsraum 2 entfernt wird. Anschließend wird das Fertigteil 100 zu einer Ablageposition 17 transportiert 100, die sich wiederum außerhalb der Maschine 1 befindet.
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Zu diesem Zweck besitzt die Ladevorrichtung 50 der Vertikal-Drehmaschine 1 zwei vorzugsweise auf der gleichen Höhe nebeneinander angeordnete Greifer 55a, 55b, die jeweils ein Werkstück greifen können und - in diesem Fall fix beabstandet zueinander - an einem Ladearm 53 angeordnet sind, der horizontal verläuft und um eine vertikal verlaufende Armachse 51' gegenüber einem Ladewagen 51 verschwenkbar ist, welcher entlang einer horizontal sich erstreckenden Ladeführung 52 verfahrbar ist, die sich oberhalb der Ladeöffnung 4 erstreckt.
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Der Ladearm 53 ist dabei nicht direkt am Ladewagen 51 schwenkbar befestigt, sondern am unteren Ende eines vertikal verlaufenden Auslegerarmes 54, der am Ladewagen 51 befestigt ist und entweder teleskopierbar ist, oder in der Höhe, hier der Vertikalen, also in Z-Richtung, entlang des Ladewagens 51 verfahrbar ist, sodass hierdurch der vertikale Abstand des Ladearmes 53 und damit auch der beiden Greifer 55a, b zur Ladeführung 52 veränderbar ist.
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Die Führungsrichtung 52' der Ladeführung 52 verläuft dabei nicht nur horizontal, sondern auch parallel zur Hauptebene 5" der Innentür 5, und zwar in einem solchen Abstand, dass bei Ausrichtung des Ladearmes 53 mit seiner Erstreckungsrichtung 53' parallel zur Führungsrichtung 52' die gesamte Ladewageneinheit, also der am Ladewagen 51 befestigte Auslegerarm 54 mit seiner vertikal verlaufenden Erstreckungsrichtung 54' als auch der Ladearm 53 mit den beiden Greifern 55a, b in dem Zwischenraum 6 zwischen der Innentür 5 und der Außentür 15 hin und herfahren können.
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Die 2 a - i zeigen den Ablauf eines Ladevorganges, wenn sich auf der Drehachse 7' im Arbeitsraum 2 ein fertig bearbeitetes Werkstück, also ein Fertigteil 100, befindet, wobei sich die Ladeführung 52 über die in der Frontansicht rechte Seite der Vertikal-Drehmaschine 1 hinaus erstreckt, und sich sowohl die Aufnahmeposition 16 für ein neues Rohteil als auch die Ablageposition 17 (siehe 2i) für ein Fertigteil 100 rechts von der Maschine 1 befinden:
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Dann fährt der Ladewagen 51 so weit nach rechts und der Ladearm 53 mithilfe des Auslegerarmes 54 in eine solche Vertikalposition, dass der geöffnete Greifer 55a ein an der Aufnahmeposition 16 befindliches Rohteil 100' ergreifen und nach Schließen des Greifers 55a halten kann, wofür auch entweder eine Schwenkbewegung des Auslegerarms 53 um die Armachse 51' notwendig sein kann und/oder eine Abstandsveränderung dieses Greifers 55a - bei zwei im festen Abstand zueinander montierten Greifern 55a, b - zur Armachse 51'.
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Dies kann erfolgen, indem entweder der Ladearm 53 teleskopierbar ist oder relativ zum Auslegerarm 54 in horizontaler Richtung verfahrbar ist, was ebenfalls unter teleskopierbar verstanden werden soll.
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Im vorliegenden Fall werden in der Aufsicht betrachtet gemäß 2a die Rohteile 100' beispielsweise in Y-Richtung nacheinander zur Aufnahmeposition 16, auch Aufgreifposition genannt, herangeführt.
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Dabei muss es sich jedoch nicht um eine fixe Aufnahmeposition handeln: Stattdessen kann sich im Arbeitsbereich des Greifers 55a auch ein Magazin mit mehreren definiert angeordneten Rohteilen 100' , beispielsweise eine Kiste mit entsprechenden Fächern, befinden, deren einzelne Rohteil-Positionen die Steuerung 1* der Maschine 1 kennt und den Greifer 55a bei jedem erneuten Greifvorgang nacheinander diese verschiedenen Aufnahmepositionen 16 anfahren lassen kann, also jedes Mal, wenn erneut ein Rohteil 100' benötigt wird.
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Anschließend fährt der Ladewagen 51 den Ladearm 53 mit den Greifer 55 a, b gemäß 2b in den Zwischenraum 6, also den Abstand 6, zwischen der Innentür 5 und der Außentür 15 nach links hinein, entweder bis er seine maximale Endposition entlang der Ladeführung 52 erreicht hat, jedenfalls bis sich das im Greifer 55a gehaltene Rohteil 100' etwa vor der von der Innentür 5 verschlossenen Ladeöffnung 4 befindet.
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Dabei kann sich an der Frontseite des Innengehäuses 13 der Maschine 1, vorzugsweise zwischen der Aufnahmeposition 16 und der Ladeöffnung 4, also dem Arbeitsraum 2, eine Vorbearbeitungseinheit 11 befinden, an der das von dem Greifer 55a gehaltene Rohteil 100' vor dem Einbringen in den Arbeitsraum 2 noch vorbearbeitet werden kann, beispielsweise mittels Druckluft gereinigt werden kann oder von einem Laserstrahl beschriftet werden kann etc.
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Die Innentür 5 ist nach wie vor geschlossen, da das im Arbeitsraum 2 befindliche Werkstück während der zuvor beschriebenen Vorgänge, also dem Aufnehmen und Herantransportieren des nächsten Rohteiles 100', noch bearbeitet wurde.
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Im Idealfall erreicht der Greifer 55a mit dem darin befindlichen nächsten Rohteil 100' die Warteposition gemäß 2b vor der Ladeöffnung 4 unmittelbar vor oder gleichzeitig mit der Beendigung der Bearbeitung des Werkstückes 100 im Arbeitsraum 2.
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Es versteht sich von selbst, dass sich für das Einfahren in den Zwischenraum 6 der Auslegerarm 53 in einer solchen Schwenkstellung befinden muss, dass er in dem Abstand 6 Platz findet, vorzugsweise verläuft die Erstreckungsrichtung 53' des Ladearmes 53 dabei in X-Richtung, also parallel zur Hauptebene 5" der Innentür 5.
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Sobald die Bearbeitung des Werkstückes 100 im Arbeitsraum 2 beendet ist, öffnet die meist als Schiebetür ausgebildete Innentür 5, wie in 2c dargestellt und die Ladewageneinheit fährt mit der Greifposition des anderen, leeren Greifers 55b das auf der Drehachse 7' befindliche Fertigteil 100 an, in dem sich der Ladewagen 51 entlang der Ladeführung 52 in Richtung Ladeöffnung 4 bewegt und/oder der in diesem Fall vom Ladewagen 51 nach rechts abragende Ladearm 53, gegebenenfalls gleichzeitig, um die Armachse 51' mit seinem freien Ende und insbesondere dem Greifer 55b in den Arbeitsraum 2 hineinschwenkt.
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Hierfür kann auch eine Veränderung des Abstandes der Greifposition dieses Greifers 55b zur Armachse 51' notwendig sein, beispielsweise eine AbstandsVergrößerung, etwa durch Ausfahren des Ladearmes 53.
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Sobald der Greifer 55b - in diesem Fall sind beide Greifer 55a, b mit zwei beweglichen Greifbacken ausgebildet, sodass die Greifposition der Greifer unabhängig vom Durchmesser der Werkstücke die gleiche ist - das auf der Drehachse 7' befindliche Fertigteil 100 ergriffen hat, geben die Spannteile 7a, b, beispielsweise Spitze und Stirnmitnehmer, das Fertigteil 100 frei.
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Anschließend wird der andere Greifer 55a, der das Rohteil 100 hält, mit seiner Greifachse auf die Drehachse 7' verfahren, wofür wiederum ein Verfahren des Ladewagens 51 entlang der Ladeführung 52 und/oder ein weiteres Verschwenken des Ladearmes 53 um die Armachse 51' und/oder eine Veränderung des Abstandes dieses Greifers 55a zur Armachse 51' notwendig sein kann, und auch die Höhenlage des von den Greifer 55 a gehaltene Rohteil es 100 passend eingestellt sein muss.
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Im vorliegenden Fall gemäß 2f ist dies erreicht, wobei der Ladearm 53 einen Winkel von etwa 45° zur X-Richtung, dem Verlauf der Führungsrichtung 52', einnimmt und dabei war die Veränderung des Abstandes dieses Greifers 55a zur Armachse 51' notwendig, aufgrund der geringen Breite B der Ladeöffnung 4 in horizontaler Richtung.
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Nachdem sich das neue Rohteil 100' auf Drehmitte 7' befindet, greifen das wenigstens eine Spannelement 7, in diesem Fall die beiden Spannteile 7a, b am unteren Spindelstock 8 sowie an der oberen Gegenspindel 9, das Werkstück-Rohteil 100' am unteren und oberen Ende, wofür auch ein Absenken des Rohteil 100' mithilfe des in haltenden Greif was 55 a notwendig sein kann, und der Greifer 55a öffnet sich und gibt das nun im Arbeitsraum 2 fixierte Rohteil 100' frei.
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Anschließend wird der Ladearm 53, dessen Greifer 55b das Fertigteil 100 hält, zusammen mit diesem und natürlich dem inzwischen leeren anderen Greifer 55a aus dem Laderaum 2 gemäß 2g herausbewegt, wofür analog umgekehrt die gleichen Vorgänge notwendig sind wie anhand des Einschwenkens in den Laderaum 2 anhand 2d beschrieben.
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Sobald sich der Ladearm 53 einschließlich des Fertigteils 100 vollständig außerhalb des Laderaumes 2 befindet, wird die Innentür 5 wieder geschlossen und die Bearbeitung des neuen Rohteiles 100' im Arbeitsraum 2 begonnen, während - siehe 2h - der Ladewagen 51 mit der daran befindlichen Ladewageneinheit nach rechts verfährt, entlang der Ladeführung 52 aus dem Zwischenraum 6 zwischen Innentür 5 und Außentür 15 hinaus, und das Fertigteil 100 gemäß 2i an einer vorgesehenen Ablageposition 17 ablegt.
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Die Ablageposition 17 befindet sich irgendwo im Arbeitsbereich dieses Greifers 55b, jedoch eben außerhalb des Außengehäuses 13 der Maschine 1, und legt das Fertigteil 100 dort ab, wofür in 2i mehrere optionale Positionen (vor hinter oder neben der Ladeführung 52) beispielhaft eingezeichnet sind.
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Auch hierfür kann wieder
- - ein Verfahren des Ladewagens 51 entlang der Ladeführung 52
und/oder
- - ein Verändern des vertikalen Abstandes des Ladearmes 53 zum Ladewagen 51
und/oder
- - ein Verändern des Abstandes wenigstens des Greifers 55b zu der Armachse 51'
und/oder
- - ein Verschwenken des Ladearmes 53 um die Armachse 51'
notwendig sein und nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt werden, um die Ablageposition 17 zu erreichen.
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Einige dieser Funktionsstellungen gemäß den 2a - i zeigen die 3a - e in perspektivischer Ansicht der unverkleideten, also vom Gehäuse befreiten, Vertikal-Drehmaschine 1. Dabei entspricht
- 3a: der in 2a dargestellten Position des Greifers 55a mit Rohteil 100' vor der zusätzlichen Bearbeitungseinheit 11,
- 3b: der 2b,
- 3c: der 2c,
- 3d: der 2d und
- 3e: der 2e.
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Ferner zeigen die 4a - i unterschiedliche Funktionsstellungen der Ladevorrichtung 50, wenn sich - in der Frontansicht der Maschine 1 betrachtet - die Ablageposition 17 (siehe 4i) auf der bezüglich der Maschine 1 anderen Seite als die Aufnahmeposition 16 befindet.
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Die Ladeführung 52 kann sich dann auf beiden Seiten aus dem Außengehäuse 13 der Maschine 1 heraus erstrecken.
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Abhängig vom Abstand der Aufnahmeposition 16 oder Ablageposition 17 vom Außengehäuse 13 und der maximalen Länge des Ladearmes 53 ist dies jedoch nicht zwingend notwendig:
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Denn selbst wenn sich die Ladeführung 52 auf keiner der beiden Seiten über das Außengehäuse 13 hinaus erstreckt, kann sich die Aufnahmeposition 16 auf der der Ablageposition 17 gegenüberliegenden Seite und jeweils außerhalb des Außengehäuses 13 befinden, indem der Ladewagen 51 nur bis zum Rand des Außengehäuses 13 verfahrbar ist, weil die Ladeführung 52 nicht weiter reicht, aber der Ladearm 53 bei entsprechender Ausrichtung über den seitlichen Rand des Außengehäuses 13 hinausreichen kann.
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Ist wie in den 4 die Aufnahmeposition 16 dagegen weiter vom Außengehäuse 13 entfernt, als der Ladearm 53 lang ist, muss die Ladeführung 52 nach wie vor über das Außengehäuse 13 hinaus verlängert sein, wie in den 4 auf Seiten der Aufnahmeposition 16 dargestellt, während die Ablageposition 17 (siehe 4l) so nahe am Außengehäuse 13 liegt, dass die Länge des Ladearmes 53 hierfür ausreicht.
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Im dargestellten Fall als auch in den Bauformen gemäß 2 a - i kann sich die Ladeführung 52 oberhalb des Zwischenraumes 6 zwischen Innentür 5 und Außentür 15 befinden, also oberhalb der Oberkanten der Innentür 5 und/oder der Außentür 15, und lediglich der Auslegerarm 54 nach unten in diesen Zwischenraum 6.
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Der Ablauf eines Ladevorganges entspricht in den 4 bis zur 4d dem der 2a - d, ändert sich dann aber wie folgt:
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Anschließend wird gemäß 4e bei geöffneter Innentür 5 der Ladearm 53 mit dem leeren Greifer 55b auf Drehmitte 7' gebracht, greift das dort gespannte fertige Werkstück 100 und entfernt es aus den Spannelementen der Maschine 1, so dass anschließend das im anderen Greifer 55a gehaltene Rohteil 100' auf Drehmitte 7' gebracht werden kann (siehe 4f) und dort von den Spannelementen 7a, b der Maschine 1 gespannt werden kann und danach der Greifer 55a sich öffnen und das Rohteil 100' loslassen kann.
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Dies wird wie beim Ablauf der 2 beschrieben durch entsprechende Verfahrung des Ladewagens 51 entlang der Ladeführung 52, Verschwenkung des Ladearmes 53 um die Armachse 51' und/oder Veränderung des Abstandes zwischen der entsprechenden Greiferachse, also im Greifer gehaltenen Werkstück 100 bzw. 100' und der Armachse 51' erreicht.
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Allerdings schwenkt in diesem Fall hierfür der Ladearm 53 um die Armachse 51' so weit, dass er zunächst in der Aufsicht betrachtet im rechten Winkel zur Führungsrichtung 52' der Ladeführung 52 steht und nach Wechsel des Werkstückes im Arbeitsraum 2 (siehe 4g) darüber hinaus, bis (siehe 4h) der Ladearm 53 in die gegenüber den 4a, b entgegengesetzte Richtung, also nach links, von der Armachse 51' abstrebt in einer zur Führungsrichtung 52' parallelen Lage, wie in 4h ersichtlich.
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Sobald der Ladearm 53 den Arbeitsraum 2 vollständig verlassen hat, wird wie beim Ablauf der 2 die Innentür 5 geschlossen und die Bearbeitung des dort neue auf der Drehachse 7' positionierten und gespannten Rohteiles 100' im Arbeitsraum 2 beginnt.
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Der Ladewagen 51 befindet sich dann rechts von der inzwischen durch die innen Tür 2 verschlossenen Ladeöffnung 4 des Arbeitsraumes 2, und hält das fertig bearbeitete Werkstück 100 in dem von der Armachse 51' in diesem Fall am weitesten entfernten Greifer 55b.
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Der Ladewagen 51 kann nun - wie in 4l dargestellt - bis zum linken Ende der Ladeführung 52 verfahren, die sich noch innerhalb der Breite des Außengehäuses 13 der Maschine 1 befindet, wobei dann der Ladearm 53 nach links über den linken Rand des Außengehäuses 13 hinaus ragt und das im Greifer 55b gehaltene Werkstück 100 die Ablageposition 17 erreicht und dort abgelegt werden kann.
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Auch entlang dieses Weges können Vorbearbeitungs -und/oder Nachbearbeitung-Einheiten 11 für das vom Ladearm 53 gehaltene Werkstück 100, 100' vorgesehen sein.
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Dafür kann eine entsprechende Einstellung des Abstandes dieses Angreifers 55b von der Armachse 51' erforderlich sein, also gegebenenfalls ein Ausfahren oder Einfahren des Ladearmes 53.
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in 4i ist beispielhaft auch eine das im Arbeitsraum 2 gespannte Werkstück, hier noch das Rohteil 100', in Y-Richtung, der Tiefenrichtung des Arbeitsraumes 2, bei Bedarf abstützende Lünette 18 dargestellt.
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Die Lünette 18 ist am freien Ende, beispielsweise am unteren Ende, einer von oberhalb des Arbeitsraumes 2 herabreichenden Lünetten-Führung 19 befestigt - wie am besten in 1b und 3b zu erkennen - und kann damit bei Bedarf nach unten in den Arbeitsraum 2 hinein ausgefahren werden, befindet sich aber ansonsten außerhalb, insbesondere oberhalb, des Arbeitsraumes 2 in einer deaktivierten Position.
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In 4i ist ferner auf der auf der Aufgreif-Seite alternativ zur einzelnen Heranführung der Rohteile 100' ein mit Rohteilen gefülltes Magazin dargestellt, aus dem der Greifer die Rohteile 100' einzelnen entnehmen kann.
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Das Magazin ist dabei so angeordnet, dass der Greifer dabei alle Positionen innerhalb des Magazins erreichen kann.
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Ein analoges Magazin kann natürlich auch auf der Ablageseite zum Ablegen der Fertigteile 100 vorhanden sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vertikal-Drehmaschine
- 1*
- Steuerung
- 2
- Arbeitsraum
- 3
- Innengehäuse
- 4
- Ladeöffnung
- 4"
- Ebene der Ladeöffnung
- 5
- Innentür
- 5"
- Hauptebene
- 6
- Zwischenraum
- 7
- Spannelement
- 7a, b
- Spannteil
- 7'
- Spannachse, Drehachse
- 8
- Spindelstock
- 9
- Gegenspindel
- 10
- Bett
- 11
- Bearbeitungseinheit
- 12
- Werkzeug-Revolver
- 12'
- Revolver-Achse
- 13
- Außengehäuse
- 14
- Ladeöffnung
- 15
- Außentür
- 16
- Aufnahmeposition
- 17
- Ablageposition
- 18
- Lünette
- 19
- Lünetten-Träger
- 50
- Ladevorrichtung
- 51
- Ladewagen
- 51'
- Armachse
- 52
- Ladeführung
- 52'
- Führungs-Richtung
- 53
- Ladearm
- 53'
- Erstreckungsrichtung
- 54
- Auslegerarm
- 54'
- Erstreckungsrichtung
- 55
- Halteelement, Greifer
- 100
- Werkstück, Fertigteil
- 100'
- Rohteil
- B
- Breite
- H
- Höhe
