DE102018104199A1 - Machine tool with working space, set-up station and robot arm and method for their operation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine (10) und ein Verfahren zu deren Betrieb. Die Werkzeugmaschine (10) weist einen Arbeitsraum (13) mit wenigstens einer Werkzeugspindel (16) und einer Spanneinrichtung (15) für ein Werkstück (14) auf. In dem Arbeitsraum (13) kann ein Werkstück (14) während einer Hauptzeit bearbeitet werden. Getrennt durch eine Trennwand (26) von dem Arbeitsraum (13) ist unmittelbar angrenzend ein Rüstplatz (25) mit einer Werkstückhalterung (28) vorhanden. Über eine Werkstückwechseleinrichtung (33) können Werkstücke (14) zwischen dem Arbeitsraum (13) und dem Rüstplatz (25) transportiert werden. Am Rüstplatz (25) ist ein Roboterarm (40) angeordnet, der während der Hauptzeit ein am Rüstplatz (25) vorhandenes Werkstück bearbeiten kann. Der Arbeitsraum (13), der Rüstplatz (25) und der Roboterarm (40) sind bevorzugt von einer gemeinsamen äußeren Maschinenaußenwand (27) umschlossen. Der Roboterarm (40) sowie Maschinenachsen (19) im Arbeitsraum (13) werden durch eine gemeinsame Steuereinrichtung (18) der Werkzeugmaschine (10) gesteuert. The invention relates to a machine tool (10) and a method for its operation. The machine tool (10) has a working space (13) with at least one tool spindle (16) and a clamping device (15) for a workpiece (14). In the working space (13), a workpiece (14) can be processed during a main time. Separated by a partition (26) of the working space (13) is immediately adjacent a set-up (25) with a workpiece holder (28) is present. By means of a workpiece changing device (33), workpieces (14) can be transported between the working space (13) and the set-up station (25). At the set-up station (25), a robot arm (40) is arranged, which can process a workpiece present at the set-up station (25) during the main time. The working space (13), the set-up station (25) and the robot arm (40) are preferably enclosed by a common outer machine outer wall (27). The robot arm (40) and machine axes (19) in the working space (13) are controlled by a common control device (18) of the machine tool (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit mehreren Maschinenachsen und ein Verfahren zu deren Betrieb. Die Werkzeugmaschine hat einen Arbeitsraum, der zur Bearbeitung eines Werkstücks eingerichtet ist. In dem Arbeitsraum ist eine Spanneinrichtung zum Spannen des Werkstücks während der Bearbeitung sowie eine Werkzeugspindel zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs angeordnet. Die Werkzeugspindel und die Spanneinrichtung sind mittels einer und insbesondere mehrere Maschinenachsen relativ zueinander bewegbar und positionierbar. Das Werkstück kann vorzugsweise an mehreren Seiten bearbeitet werden.The invention relates to a machine tool with a plurality of machine axes and a method for their operation. The machine tool has a working space which is set up to machine a workpiece. In the working space, a clamping device for clamping the workpiece during machining and a tool spindle for receiving a machining tool is arranged. The tool spindle and the clamping device can be moved and positioned relative to one another by means of one and in particular a plurality of machine axes. The workpiece can preferably be processed on several sides.
Solche Werkzeugmaschinen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Es gibt Bearbeitungszentren, die automatische Wechsel des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks ausführen können, um hochgenaue und komplexe Werkstückbearbeitungen in einer Aufspannung des Werkstücks im Arbeitsraum ausführen zu können.Such machine tools are known in different configurations. There are machining centers that can automatically change the machining tool and the workpiece in order to perform highly accurate and complex workpiece machining in one clamping of the workpiece in the workspace.
Es ist auch bekannt, die Werkstücke vor und/oder nach der Bearbeitung im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine weiteren Bearbeitungsvorgängen zu unterziehen. Dazu können neben der Werkzeugmaschine separate Bearbeitungszellen angeordnet und mittels einer geeigneten Transfereinrichtung mit der Werkzeugmaschine verbunden werden. Abhängig von der Bearbeitungsaufgabe lassen sich auf diese Weise einfachere Bearbeitungsschritte, die beispielsweise eine weniger genaue Bearbeitung bedürfen, in einfachere Bearbeitungs- bzw. Roboterzellen auslagern, so dass die Bearbeitung des Werkstücks durch die Werkzeugmaschine für solche Bearbeitungsschritte freigehalten wird, die aufgrund ihrer Anforderung, insbesondere an die Genauigkeit oder das Abtragsvolumen, die Bearbeitung in der Werkzeugmaschine bedürfen. Einige Hersteller bieten solche zusätzlichen Bearbeitungs- bzw. Roboterzellen an, wie z.B. die Firma Cellro B.V.It is also known to subject the workpieces before and / or after processing in the working space of the machine tool further processing operations. For this purpose, in addition to the machine tool separate processing cells can be arranged and connected by means of a suitable transfer device with the machine tool. Depending on the machining task can be in this way simpler processing steps, which require, for example, less accurate processing, outsource in simpler processing or robot cells, so that the machining of the workpiece is kept free by the machine tool for such processing steps, due to their requirement, in particular to the accuracy or Abtragsvolumen that require machining in the machine tool. Some manufacturers offer such additional robotic cells as e.g. the company Cellro B.V.
Der Aufwand für solche zusätzlichen Bearbeitungszellen ist relativ hoch. Die Zellen müssen separat an die zur Bearbeitung notwendigen Energie- und Medienversorgungen angeschlossen werden, z.B. Druckluft, Hydraulik, Kühlwasser und elektrische Energie. Außerdem behindern solche zusätzlichen Bearbeitungs- bzw. Roboterzellen mit einem entsprechenden Teiletransfer zum Transport der Werkstücke in vielen Fällen die Zugänglichkeit zu einer Werkzeugmaschine, da solche zusätzlichen Bearbeitungszellen üblicherweise direkt vor die Werkzeugmaschine platziert werden. Auch die erforderlichen Sicherheitseinrichtungen in Bezug auf die Arbeitssicherheit müssen für die zusätzliche Bearbeitungszelle vorgesehen werden, wie beispielsweise eine Schutzverkleidung und die Absicherung der Energie- und Medienversorgung. Es kommt hinzu, dass die Aufstellfläche für die Werkzeugmaschine und die zusätzliche Bearbeitungszelle in der Regel groß ist und daher bei der Realisierung einer Fabrik zusätzliche Kosten verursacht.The cost of such additional processing cells is relatively high. The cells must be connected separately to the power and media supplies necessary for processing, e.g. Compressed air, hydraulics, cooling water and electrical energy. In addition, such additional machining or robot cells, with a corresponding part transfer for transporting the workpieces, in many cases hinder the accessibility to a machine tool, since such additional machining cells are usually placed directly in front of the machine tool. Also, the required safety equipment with regard to safety at work must be provided for the additional processing cell, such as a protective covering and securing the energy and media supply. It should be added that the footprint for the machine tool and the additional processing cell is usually large and therefore causes additional costs in the realization of a factory.
Ausgehend davon kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, die Effizienz einer Werkzeugmaschine mit geringem Aufwand zu verbessern.Based on this, it can be regarded as an object of the present invention to improve the efficiency of a machine tool with little effort.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 15 gelöst.This object is achieved by a machine tool having the features of claim 1 and a method having the features of
Die Werkzeugmaschine hat einen Arbeitsraum, der zur Bearbeitung eines Werkstücks eingerichtet ist. Im Arbeitsraum sind eine Spanneinrichtung zum Spannen des Werkstücks während dessen Bearbeitung und eine Werkzeugspindel zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs angeordnet. Die Werkzeugspindel kann auch zu einem automatischen Wechsel des Bearbeitungswerkzeugs eingerichtet sein. Die Werkzeugmaschine hat mehrere Maschinenachsen. Mittels einer oder mehrerer der vorhandenen Maschinenachsen können die Spanneinrichtung und die Werkzeugspindel relativ zueinander bewegt und positioniert werden. Somit können auch das Bearbeitungswerkzeug und das eingespannte Werkstück relativ zueinander bewegt werden, um die gewünschte Bearbeitung des Werkstücks vorzunehmen. Bevorzugt kann das Werkstück durch die Werkzeugmaschine von mehreren Seiten, beispielsweise von drei, vier oder fünf Seiten bearbeitet werden. In dem Arbeitsraum können auch mehrere Werkzeugspindeln angeordnet sein, so dass das Werkstück gleichzeitig oder nacheinander mittels Bearbeitungswerkzeugen der verschiedenen Werkzeugspindeln bearbeitet werden kann.The machine tool has a working space which is set up to machine a workpiece. In the working space, a clamping device for clamping the workpiece during its machining and a tool spindle for receiving a machining tool are arranged. The tool spindle can also be set up for an automatic change of the machining tool. The machine tool has several machine axes. By means of one or more of the existing machine axes, the clamping device and the tool spindle can be moved and positioned relative to each other. Thus, also the machining tool and the clamped workpiece can be moved relative to each other to perform the desired machining of the workpiece. Preferably, the workpiece can be machined by the machine tool from several sides, for example from three, four or five sides. Several tool spindles can also be arranged in the working space, so that the workpiece can be machined simultaneously or successively by means of machining tools of the various tool spindles.
Die Werkzeugmaschine hat außerdem einen Rüstplatz, der vom Arbeitsraum durch eine Trennwand getrennt ist. Die Trennwand oder zumindest ein Abschnitt der Trennwand kann zum Transfer eines Werkstücks zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum geöffnet und anschließend wieder verschlossen werden. Die Trennwand ist sozusagen eine gemeinsame Wand des Rüstplatzes und des Arbeitsraums und begrenzt auf der einen Seite den Rüstplatz (zum Arbeitsraum hin) und auf der entgegengesetzten Seite den Arbeitsraum (zum Rüstplatz hin).The machine tool also has a set-up station, which is separated from the working space by a partition wall. The partition or at least a portion of the partition can be opened to transfer a workpiece between the set-up and the work space and then closed again. The dividing wall is, so to speak, a common wall of the set-up station and the work space and limits the setup station (towards the work area) on one side and the work space on the opposite side (towards the setup station).
Der Rüstplatz ist insbesondere zur Vorbereitung des Werkstücks auf die Bearbeitung im Arbeitsraum vorgesehen und eingerichtet. Am Rüstplatz ist eine Werkstückhalterung zum Halten des Werkstücks angeordnet. Eine Werkstückwechseleinrichtung ist vorhanden, die zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum angeordnet und dazu eingerichtet ist, ein Werkstück zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum wechseln bzw. transportieren zu können. Vorzugsweise kann die Werkstückwechseleinrichtung dazu eingerichtet sein, ein im Arbeitsraum zu bearbeitendes Werkstück von der Werkstückhalterung des Rüstplatzes zu übernehmen und an die Spanneinrichtung im Arbeitsraum zu übergeben. Die Werkstückwechseleinrichtung kann außerdem dazu eingerichtet sein, ein im Arbeitsraum bearbeitetes Werkstück von der Spanneinrichtung im Arbeitsraum zu übernehmen und aus dem Arbeitsraum heraus zu transportieren, beispielsweise wieder zurück zum Rüstplatz.The set-up station is provided and set up in particular for preparing the workpiece for processing in the working space. At the set-up a workpiece holder for holding the workpiece is arranged. A workpiece changing device is present, between the set-up and the working space is arranged and adapted to be able to change or transport a workpiece between the set-up station and the work space. Preferably, the workpiece changing device can be set up to take over a workpiece to be machined in the work space from the workpiece holder of the set-up station and to transfer it to the clamping device in the working space. The workpiece changing device can also be set up to take over a workpiece machined in the working space from the clamping device in the working space and to transport it out of the working space, for example back to the set-up station.
Dem Rüstplatz ist ein Roboterarm zugeordnet. Der Roboterarm ist in mehreren Freiheitsgraden bewegbar und hat hierfür entsprechende translatorische und/oder rotatorische Achsen, die einzelne Glieder des Roboterarms miteinander verbinden.The setup station is assigned a robot arm. The robot arm is movable in several degrees of freedom and for this purpose has corresponding translational and / or rotational axes which connect individual members of the robot arm with each other.
Die Werkzeugmaschine weist außerdem eine Steuereinrichtung auf. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, den Arbeitsablauf der Werkstückbearbeitung im Arbeitsraum während einer Hauptzeit zu steuern. Die Hauptzeit ist die Zeitdauer, während der ein Werkstück im Arbeitsraum unter Einsatz der wenigstens einen Werkzeugspindel bearbeitet wird. Der Roboterarm ist dazu eingerichtet, während dieser Hauptzeit ein am Rüstplatz in der Werkstückhalterung gehaltenes Werkstück zu bearbeiten. Vorzugsweise ist während jeder Hauptzeit zumindest zeitweise ein Werkstück am Rüstplatz vorhanden und in der Werkstückhalterung gehalten, das mittels des Roboterarms bearbeitet werden kann.The machine tool also has a control device. The control device is set up to control the work process of the workpiece machining in the work space during a main time. The main time is the length of time during which a workpiece is machined in the work space using the at least one tool spindle. The robot arm is set up to process a workpiece held at the set-up station in the workpiece holder during this main time. Preferably, during each main time at least temporarily, a workpiece is present at the set-up station and held in the workpiece holder, which can be processed by means of the robot arm.
Die Werkzeugmaschine weist bereits sämtliche Anschlüsse für die benötigte Versorgung mit elektrischer Energie und etwaigen Medien auf, so dass die Versorgung des Rüstplatzes der Werkzeugmaschine sehr einfach ohne großen Aufwand erreicht werden kann. Auch kann beispielsweise ein Kühlaggregat zur Kühlung von Einrichtungen und/oder dem Werkstück sowohl für den Arbeitsraum als auch den Rüstplatz genutzt werden. Außerdem erhöht sich die Aufstellfläche der Werkzeugmaschine durch den zusätzlichen Roboterarm nicht oder lediglich geringfügig. Dadurch lassen sich auch bereits bestehende Werkzeugmaschinen nachrüsten. Die geringe Aufstellfläche ermöglicht auch eine Kosteneinsparung gegenüber zusätzlichen separaten Bearbeitungszellen bei der Realisierung einer Fabrikation.The machine tool already has all the connections for the required supply of electrical energy and any media, so that the supply of the set-up of the machine tool can be achieved very easily without much effort. Also, for example, a cooling unit for cooling of facilities and / or the workpiece can be used for both the work space and the set-up. In addition, the footprint of the machine tool by the additional robot arm does not increase or only slightly. As a result, already existing machine tools can be retrofitted. The small footprint also allows a cost savings compared to additional separate processing cells in the realization of a fabrication.
Zumindest ein Teil der implementierten Funktionen der Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine wird auch für die Steuerung und/oder Überwachung des Arbeitsablaufs am Rüstplatz verwendet. Somit kann die Steuereinrichtung übergeordnete Funktionen - insbesondere Sicherheitsfunktionen, die die Arbeitssicherheit betreffen - aufweisen, die auch für den Betrieb des Roboterarms genutzt werden und nicht separat implementiert werden müssen.At least part of the implemented functions of the control device of the machine tool is also used for the control and / or monitoring of the workflow at the set-up station. Thus, the control device can have superordinate functions-in particular safety functions which relate to work safety-which are also used for the operation of the robot arm and need not be implemented separately.
Vorzugsweise stellt die Steuereinrichtung wenigstens eine Sicherheitsfunktion für den Betrieb der Werkzeugmaschine und insbesondere der Werkstückbearbeitung im Arbeitsraum bereit, um Bedienpersonen vor Verletzungen zu schützen und Schäden am Material zu vermeiden. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung als eine mögliche Sicherheitsfunktion wenigstens ein Sensorsignal abfragen, das anzeigt, ob eine Tür, eine Revisionsklappe oder eine sonstige Öffnung in einer die Werkzeugmaschine umschließenden Maschinenaußenwand geöffnet oder geschlossen sind. Nur wenn diese Öffnungen verschlossen sind, wird eine Bearbeitung des Werkstücks oder eine Bewegung einer Maschinenachse ermöglicht. Derartige Öffnungen können während der Bearbeitung des Werkstücks oder einer Bewegung einer Maschinenachse durch die Steuereinrichtung verriegelt werden, um das Öffnen zu verhindern.Preferably, the control device provides at least one safety function for the operation of the machine tool and in particular the workpiece machining in the working space to protect operators from injury and to avoid damage to the material. For example, as a possible safety function, the control device can interrogate at least one sensor signal which indicates whether a door, a service flap or another opening in a machine outer wall surrounding the machine tool is open or closed. Only when these openings are closed, a machining of the workpiece or a movement of a machine axis is made possible. Such openings may be locked by the controller during machining of the workpiece or movement of a machine axis to prevent opening.
Ein weiteres Beispiel für eine Sicherheitsfunktion ist die Sichergestellung der Kollisionsfreiheit der bewegbaren Einrichtungen und Teile, insbesondere einer Beladungs- oder Werkstücktransfereinheit und der durch Maschinenachsen bewegbaren Einrichtungen, wie etwa der Spanneinrichtung, der wenigstens einen Werkzeugspindel und der Werkstückwechseleinrichtung. Dazu kann die Steuereinrichtung einen oder mehrere Positionswerte und/oder Sensorsignale von Überwachungssensoren (z.B. Näherungssensoren, Endlagenschalter, usw.) abfragen.Another example of a safety function is to ensure the freedom of collision of the movable devices and parts, in particular a loading or workpiece transfer unit and the movable by machine axes devices, such as the clamping device, the at least one tool spindle and the workpiece changing device. For this purpose, the control device can interrogate one or more position values and / or sensor signals from monitoring sensors (for example proximity sensors, limit switches, etc.).
Die Steuereinrichtung kann also eine oder mehrere solcher Sicherheitsfunktionen oder andere übergeordnete Steuerungen und/oder Regelungen sowohl für den Arbeitsablauf im Arbeitsraum als auch am Rüstplatz verwenden, insbesondere zur Sicherstellung der Arbeitssicherheit.The control device can therefore use one or more such safety functions or other higher-level control systems and / or controls both for the work process in the work space and at the set-up station, in particular for ensuring occupational safety.
Die Steuereinrichtung kann auch Positionssollwerte und/oder Bewegungsbahnen für die Positionierung oder Ausrichtung oder Bewegung des Roboterarms bzw. einzelner Glieder des Roboterarms bereitstellen. Die Ausführung der Bewegung kann durch eine unterlagerte und separate Robotersteuerung erfolgen, die die einzelnen rotatorischen bzw. translatorischen Roboterachsantriebe steuert. Alternativ kann die vollständige Bewegungssteuerung des Roboters durch die Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine ausgeführt werden. Der Roboterarm kann als eine oder mehrere weitere Maschinenachsen angesehen werden, die von der gemeinsamen Steuereinrichtung angesteuert werden.The controller may also provide position setpoints and / or trajectories for the positioning or alignment or movement of the robotic arm or members of the robotic arm, respectively. The execution of the movement can be carried out by a subordinate and separate robot control, which controls the individual rotary or translator Roboterachsantriebe. Alternatively, the complete motion control of the robot may be performed by the controller of the machine tool. The robot arm may be considered as one or more other machine axes that are controlled by the common control device.
Zusätzlich zur Bearbeitung des Werkstücks kann der Roboterarm auch dazu eingerichtet sein oder betrieben werden, um den Rüstplatz und insbesondere die Werkstückhalterung zu reinigen.In addition to machining the workpiece, the robot arm can also be set up or operated to clean the set-up station and, in particular, the workpiece holder.
Unter der Bearbeitung des Werkstücks durch den Roboterarm sind unter anderem, aber nicht nur Material abtragende Bearbeitungsschritte zu verstehen. Die Bearbeitung kann eine oder mehrere der nachfolgenden Tätigkeiten bzw. Bearbeitungsschritte umfassen:
- - Material abtragende und/oder umformende Bearbeitungen, wie Entgraten, Bohren, Gewindeschneiden, Prägen, usw.
- - das Markieren des Werkstücks, beispielsweise mittels eines Lasers,
- - das Reinigen des Werkstücks mit Druckluft oder einem Reinigungsfluid bzw. einer Flüssigkeit, oder durch Absaugen, beispielsweise von Spänen oder Pulver vom Laserauftragsschweißen
- - das Messen oder Prüfen von Dimensionen am Werkstück,.
- - das Montieren von wenigstens einem Zusatzteil am Werkstück und/oder das Zusammenbauen mehrerer Werkstückkomponenten,
- - das Auftragen von insbesondere metallischem Material oder nichtmetallischem Material wie etwa Kunststoffmaterial auf das Werkstück durch ein additives Herstellungsverfahren (generatives Fertigungsverfahren) wie z.B. Lasersintern, Laserschmelzen, Lichtbogen-Auftragsschweißen bzw. Laserschweißen, Elektronenstrahlschmelzen, Metall-Pulver-Auftragsverfahren oder ein anderes geeignetes Pulverbettverfahren, Freiraumverfahren oder Flüssigmaterialverfahren.
- - Konservierung von Werkstücken durch Auftrag von Konservierungsstoffen
- - Material-removing and / or forming operations, such as deburring, drilling, tapping, embossing, etc.
- the marking of the workpiece, for example by means of a laser,
- - The cleaning of the workpiece with compressed air or a cleaning fluid or a liquid, or by suction, for example, chips or powder from laser deposition welding
- - Measuring or checking dimensions on the workpiece.
- the mounting of at least one additional part on the workpiece and / or the assembling of several workpiece components,
- the application of in particular metallic or non-metallic material such as plastic material to the workpiece by an additive manufacturing process such as laser sintering, laser melting, arc welding, electron beam melting, metal powder coating or other suitable powder bed process, Free space method or liquid material method.
- - Preservation of workpieces by applying preservatives
Der Roboterarm kann einen oder mehrere dieser Bearbeitungsschritte in beliebiger Kombination und Reihenfolge während der Hauptzeit ausführen. Es ist dabei möglich, dasselbe Werkstück sowohl am Rüstplatz als auch im Arbeitsraum mehrmals zu bearbeiten. Beispielsweise kann durch ein additives Herstellungsverfahren aufgetragenes Material anschließend zur Erzeugung sehr genauer Flächen oder Kanten im Arbeitsraum bearbeitet und dann zurück zum Rüstplatz gefördert werden, um dort eine erneute Bearbeitung vorzunehmen, beispielsweise nochmals Material additiv aufzutragen.The robotic arm may perform one or more of these processing steps in any combination and order during peak time. It is possible to process the same workpiece several times both at the set-up station and in the work space. For example, material applied by an additive manufacturing process can subsequently be processed to produce very precise surfaces or edges in the work space and then conveyed back to the set-up station, where it can be re-processed, for example, material applied again.
Zum additiven Herstellen kann der Roboterarm einen Laserschweißkopf als Bearbeitungswerkzeug verwenden. Der Laserschweißkopf sowie etwaige Zusatzaggregate für das additive Herstellungsverfahren, beispielsweise eine Laserquelle und eine Materialzufuhr, werden am Rüstplatz angeordnet, vorzugsweise möglichst nahe an der Werkstückhalterung, um die Zuleitungen zwischen den Zusatzaggregaten und dem Laserkopf möglichst kurz ausführen zu können. Am Rüstplatz können die Teile der Werkzeugmaschine, die mit Material bei der additiven Herstellung in Kontakt gelangen können, aus Edelstahl oder anderen geeigneten Materialien bzw. mit anderen geeigneten Oberflächenbeschichtungen versehen sein. Gegebenenfalls sind transparente Elemente in einer den Rüstplatz umgebenden Wand für den Einsatz des Lasers geeignet auszuführen (z.B. Verwenden einer Laserschutzscheibe). Zur Kühlung des Lasers kann ein Kühlaggregat erforderlich sein. Dieses Kühlaggregat kann sowohl den Laser am Rüstplatz, als auch Maschineneinrichtungen des Arbeitsraumes kühlen. Zur Abfuhr von Schweißpulver oder zur Schlackeentsorgung oder zur Entsorgung von überschüssigem Material bei dem additiven Herstellen kann - sofern technisch möglich oder sinnvoll - dieselbe Entsorgungseinrichtung verwendet werden, wie für die Span- und Kühlmittelabfuhr im Arbeitsraum.For additive manufacturing, the robot arm can use a laser welding head as a machining tool. The laser welding head and any additional units for the additive manufacturing process, for example a laser source and a material supply, are arranged at the set-up station, preferably as close as possible to the workpiece holder in order to perform the supply lines between the additional units and the laser head as short as possible. At the set-up station, the parts of the machine tool which may come into contact with material during additive production may be made of stainless steel or other suitable materials or with other suitable surface coatings. Optionally, transparent elements in a wall surrounding the set-up station are suitable for use with the laser (e.g., using a laser-shield). To cool the laser, a cooling unit may be required. This cooling unit can cool both the laser at the set-up station, as well as machine facilities of the working space. For removal of welding powder or slag disposal or disposal of excess material in the additive manufacturing can - if technically possible or reasonable - the same disposal facility can be used as for the chip and coolant removal in the work area.
Durch das additive Herstellen am Rüstplatz kann die Herstellung von Werkstückvarianten, die auf demselben Basiskörper basieren, vereinfacht werden. Beispielsweise kann für mehrere oder alle Varianten des Werkstücks derselbe Gusskörper als Basiskörper verwendet werden. Abhängig von der auszuführenden Variante kann mittels des Roboterarms am Rüstplatz ein Materialauftrag an den geeigneten Stellen erfolgen, um die unterschiedlichen Werkstückvarianten zu erzeugen. Es versteht sich, dass zusätzlich zu dem Materialauftrag auch eine andere Bearbeitung - am Rüstplatz und/oder im Arbeitsraum - erfolgen kann, um die gewünschte Werkstückvariante aus dem Basiskörper herzustellen.Additive manufacturing at the set-up station can simplify the production of workpiece variants based on the same base body. For example, the same cast body can be used as the base body for several or all variants of the workpiece. Depending on the variant to be carried out, material can be applied at the suitable places by means of the robot arm at the set-up station in order to produce the different workpiece variants. It is understood that in addition to the material application, another processing - at the set-up station and / or in the work space - can take place in order to produce the desired workpiece variant from the base body.
Additive Herstellverfahren am Rüstplatz können auch zur Erzeugung spezieller Werkstückoberflächeneigenschaften angewendet werden, wie beispielsweise zur Erzeugung von funktionellen Schutzschichten und/oder Gleitschichten und/oder Stützschichten auf Werkstückoberflächen.Additive manufacturing processes at the set-up station can also be used to create specific workpiece surface properties, such as to create functional protective layers and / or slip layers and / or backing layers on workpiece surfaces.
Es ist bevorzugt, wenn die Werkstückhalterung um eine Drehachse drehbar ist, die vorzugsweise vertikal ausgerichtet ist. Dadurch kann beispielsweise ein kreisrunder Materialauftrag auf dem eingespannten Werkstück beim additiven Herstellen erreicht werden. Die Relativbewegung zwischen dem Schweißkopf und dem Werkstück kann durch die drehbare Werkstückhalterung ausgeführt werden.It is preferred if the workpiece holder is rotatable about an axis of rotation, which is preferably aligned vertically. As a result, for example, a circular application of material on the clamped workpiece during additive manufacturing can be achieved. The relative movement between the welding head and the workpiece can be performed by the rotatable workpiece holder.
Bei einer Ausgestaltung der Werkzeugmaschine ist der Roboterarm dazu eingerichtet, ein Messwerkzeug aufzunehmen oder weist an seinem freien Ende ein Messwerkzeug auf. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Roboterarm mit dem Messwerkzeug zu steuern, um die Position und/oder Ausrichtung des in der Werkstückhalterung am Rüstplatz angeordneten Werkstücks in einem Koordinatensystem des Roboterarms zu ermitteln. Diese Messung kann erfolgen, um anschließend eine weitere Bearbeitung des Werkstücks am Rüstplatz mit der erforderlichen Genauigkeit vornehmen zu können. Die Messung kann auch dazu eingerichtet sein, sich unterscheidende Werkstücktypen zu erkennen.In one embodiment of the machine tool, the robot arm is set up to receive a measuring tool or has a measuring tool at its free end. The control device can be configured to control the robot arm with the measuring tool in order to determine the position and / or orientation of the workpiece arranged in the workpiece holder at the set-up station in a coordinate system of the robot arm determine. This measurement can be carried out in order subsequently to be able to carry out further machining of the workpiece at the set-up station with the required accuracy. The measurement can also be set up to recognize different types of workpieces.
Es ist vorteilhaft, wenn die Werkstückwechseleinrichtung dazu eingerichtet ist, gleichzeitig ein zu bearbeitendes Werkstück vom Rüstplatz in den Arbeitsraum und ein bereits bearbeitetes Werkstück aus dem Arbeitsraum zum Rüstplatz zu transportieren. Beispielsweise kann die Werkstückwechseleinrichtung zwei Werkstückwechselplätze für jeweils ein Werkstück aufweisen und um eine zwischen dem Arbeitsraum und dem Rüstplatz verlaufende Schwenkachse schwenkbar gelagert sein. Es ist auch möglich, dass zumindest ein Teil der Trennwand zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum mit der Werkstückwechseleinrichtung verbunden ist und beispielsweise in einer Radialebene der Schwenkachse der schwenkbaren Werkstückwechseleinrichtung angeordnet ist.It is advantageous if the workpiece changing device is set up to simultaneously transport a workpiece to be machined from the set-up station into the working space and an already machined workpiece from the working space to the set-up station. For example, the workpiece changing device can have two workpiece changing stations for one workpiece and can be mounted so as to be pivotable about a pivot axis extending between the working chamber and the set-up station. It is also possible that at least part of the partition wall between the set-up station and the working space is connected to the workpiece changing device and is arranged, for example, in a radial plane of the pivot axis of the pivotable workpiece changing device.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Werkstücke auf jeweils einer Palette befestigt bzw. gespannt. Bei der Bearbeitung der Werkstücke am Rüstplatz und im Arbeitsraum bleibt das Werkstück in derselben Position auf der jeweils zugeordneten Palette angeordnet. Die Palette ist für den Transport und/oder das Halten bzw. Spannen der Werkstücke eingerichtet.In a preferred embodiment, the workpieces are mounted or tensioned on a respective pallet. When machining the workpieces at the set-up station and in the work space, the workpiece remains in the same position on the respectively associated pallet. The pallet is set up for the transport and / or holding or clamping of the workpieces.
Die Werkstückwechseleinrichtung kann als sogenannter Palettenwechsler ausgestaltet sein. Die Werkstückwechseleinrichtung kann wenigstens einen und vorzugsweise zwei Palettengreifer aufweisen. Die Palettengreifer sind dazu eingerichtet, zum Transport der Werkstücke an der Palette anzugreifen.The workpiece changing device can be designed as a so-called pallet changer. The workpiece changing device may have at least one and preferably two pallet grippers. The pallet grippers are adapted to attack the transport of the workpieces on the pallet.
Die Werkstückhalterung am Rüstplatz und die Spanneinrichtung sind bei einem Ausführungsbeispiel unterschiedlich ausgeführt. Insbesondere kann die Spanneinrichtung in zumindest einem Freiheitsgrad bewegbar sein, in dem die Werkstückhalterung unbeweglich ist und/oder die Werkstückhalterung in zumindest einem Freiheitsgrad bewegbar sein, in dem die Spanneinrichtung unbeweglich ist. Die Lagerungs- und Positioniergenauigkeit des Werkstücks mittels der Spanneinrichtung kann größer sein als mittels der Werkstückhalterung. Dadurch kann die Bewegbarkeit und/oder Ausführung der Werkstückhalterung auf die für die Bearbeitung durch den Roboterarm erforderliche Genauigkeit beschränkt sein, was die Kosten für die Werkstückhalterung im Vergleich zur hochgenauen Lagerung und Positionierung des Werkstücks mittels der Spanneinrichtung im Arbeitsraum reduziert. Es ist aber auch möglich, die Lagerungs- und Positioniergenauigkeit des Werkstücks mittels der Werkstückhalterung ebenfalls sehr präzise auszuführen. Dann können mittels besonders präzisen Robotern auch auf dem Rüstplatz Bearbeitungen mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.The workpiece holder at the set-up station and the clamping device are designed differently in one embodiment. In particular, the clamping device can be movable in at least one degree of freedom in which the workpiece holder is immovable and / or the workpiece holder can be moved in at least one degree of freedom in which the clamping device is immovable. The storage and positioning accuracy of the workpiece by means of the clamping device may be greater than by means of the workpiece holder. Thereby, the mobility and / or execution of the workpiece holder can be limited to the accuracy required for processing by the robot arm, which reduces the cost of the workpiece holder compared to the highly accurate storage and positioning of the workpiece by means of the clamping device in the working space. But it is also possible to perform the storage and positioning accuracy of the workpiece by means of the workpiece holder also very precise. Then, with the aid of particularly precise robots, it is also possible to carry out machining operations with high accuracy on the set-up station.
Es ist bevorzugt, wenn der Roboterarm auf einem Sockel benachbart zum Maschinenbett der Werkzeugmaschine an einem Untergrund angeordnet ist. Dadurch kann der Roboterarm vom Maschinenbett entkoppelt werden. Wenn der Roboterarm während der Hauptzeit eine Bearbeitung des Werkstücks am Rüstplatz vornimmt, können durch Beschleunigungen bei der Bewegung des Roboterarms Schwingungen auftreten. Die Schwingungen werden über den Sockel in den Untergrund und nicht direkt in das Maschinenbett eingeleitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Genauigkeit der Werkstückbearbeitung im Arbeitsraum durch die wenigstens eine Maschinenspindel nicht durch Schwingungseinleitungen aufgrund der Roboterbewegung beeinträchtigt wird.It is preferred if the robot arm is arranged on a base adjacent to the machine bed of the machine tool on a base. As a result, the robot arm can be decoupled from the machine bed. If the robot arm performs machining of the workpiece at the set-up station during the main time, vibrations may occur due to accelerations in the movement of the robot arm. The vibrations are introduced via the base into the ground and not directly into the machine bed. This can ensure that the accuracy of the workpiece machining in the working space is not impaired by the at least one machine spindle due to vibration initiation due to the robot movement.
Es ist vorteilhaft, wenn die Anzahl der Freiheitsgrade des Roboterarms für die Bewegung seines freien Endes höher ist als die Anzahl der Freiheitsgrade im Arbeitsraum, mit denen die Werkzeugspindel, und damit das Bearbeitungswerkzeug, relativ zum Werkstück bewegbar und positionierbar ist. Dadurch ist es möglich, Werkstückbearbeitungen am Rüstplatz vorzunehmen, die aufgrund der weniger bewegbaren Werkzeugspindel im Arbeitsraum nicht durchgeführt werden können. Beispielsweise kann das Werkstück an einer oder mehreren Seiten bearbeitet werden, die durch die Werkzeugspindel nicht zugänglich sind.It is advantageous if the number of degrees of freedom of the robot arm for the movement of its free end is higher than the number of degrees of freedom in the working space, with which the tool spindle, and thus the machining tool, is movable and positionable relative to the workpiece. This makes it possible to perform workpiece machining on the set-up, which can not be performed due to the less movable tool spindle in the workspace. For example, the workpiece can be machined on one or more sides that are not accessible by the tool spindle.
Die Werkzeugaufnahme des Roboterarms kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Standardschnittstelle für auswechselbare Werkzeuge aufweisen. Beispielsweise kann die Standardschnittstelle zur Aufnahme von Werkzeugen mit einem Hohlschaftkegel (HSK) eingerichtet sein.The tool holder of the robot arm can in one embodiment have a standard interface for interchangeable tools. For example, the standard interface for accommodating tools with a hollow shaft taper (HSK) can be set up.
Am Rüstplatz ist vorzugsweise ein Werkzeugmagazin mit mehreren Werkzeugen für den Roboterarm angeordnet. Die Werkzeuge können durch den Roboterarm eigenständig im Werkzeugmagazin abgelegt bzw. aus dem Werkzeugmagazin aufgenommen werden. Das Werkzeugmagazin ist vorzugsweise gegenüber dem Maschinenbett oder dem Sockel des Roboterarms unbeweglich angeordnet. Das Werkzeugmagazin kann entfallen, wenn der Roboterarm lediglich eine bestimmte Tätigkeit ausführt und kein Werkzeugwechsel notwendig ist.At the set-up station, a tool magazine with several tools for the robot arm is preferably arranged. The tools can be stored independently by the robot arm in the tool magazine or taken from the tool magazine. The tool magazine is preferably arranged immovably relative to the machine bed or the base of the robot arm. The tool magazine can be omitted if the robot arm performs only a certain activity and no tool change is necessary.
Es versteht sich, dass einem Rüstplatz auch mehr als ein Roboterarm zugeordnet werden kann. Es ist dabei auch möglich, mehreren Roboterarmen dasselbe Werkzeugmagazin zuzuordnen. Alternativ kann für jeden Roboterarm auch ein separates Werkzeugmagazin vorhanden sein.It is understood that more than one robotic arm can be assigned to a set-up station. It is also possible to assign the same tool magazine to several robot arms. alternative For each robot arm, a separate tool magazine can also be present.
Es ist bevorzugt, wenn die Werkzeugmaschine eine Maschinenaußenwand aufweist, die sowohl den Arbeitsraum, als auch den Rüstplatz umgibt. Die Maschinenaußenwand umgibt somit auch den Roboterarm, so dass die Arbeitssicherheit auch am Rüstplatz gewährleistet ist. Eine separate Einhausung einer Bearbeitungszelle, die zu der Werkzeugmaschine vor- oder nachgelagert ist, kann entfallen.It is preferred if the machine tool has a machine outer wall which surrounds both the working space and the set-up station. The outer wall of the machine thus also surrounds the robot arm so that occupational safety is ensured even at the set-up station. A separate enclosure of a processing cell, which is upstream or downstream of the machine tool, can be omitted.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn in der Maschinenaußenwand eine Werkstücktransportöffnung für den Transport von Werkstücken zum und/oder vom Rüstplatz vorhanden ist. Vorteilhafterweise kann die Werkstücktransportöffnung die einzige Öffnung sein, die für das Fördern von Werkstücken in bzw. aus der Werkzeugmaschine eingerichtet ist. Innerhalb der Werkzeugmaschine findet der Werkstücktransfer zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum durch die Werkstückwechseleinrichtung statt. Eine direkte Zufuhr oder Abfuhr von Werkstücken von außen in den Arbeitsraum bzw. aus dem Arbeitsraum nach außen kann entfallen.It is also advantageous if a workpiece transport opening for the transport of workpieces to and / or from the set-up station is present in the machine outer wall. Advantageously, the workpiece transport opening may be the only opening that is set up for conveying workpieces into or out of the machine tool. Within the machine tool, the workpiece transfer takes place between the set-up station and the working space through the workpiece changing device. A direct supply or removal of workpieces from the outside into the working space or from the working space to the outside can be omitted.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Werkzeugmaschine eine Abfuhreinrichtung für Späne und/oder Kühlmittel aufweist. Diese Abfuhreinrichtung ist derart ausgestaltet, dass Späne und/oder Kühlmittel sowohl aus dem Arbeitsraum, als auch vom Rüstplatz aus der Werkzeugmaschine abgeleitet werden können, insbesondere über einen gemeinsamen Schacht oder Kanal. Dadurch wird eine sehr einfache Ausgestaltung erreicht und Kosten gegenüber separaten Bearbeitungszellen reduziert.It is also advantageous if the machine tool has a removal device for chips and / or coolant. This discharge device is designed such that chips and / or coolant can be derived from the machine tool as well as from the set-up station, in particular via a common shaft or channel. This achieves a very simple design and reduces costs compared to separate processing cells.
Die Werkzeugmaschine kann wie folgt betrieben werden:The machine tool can be operated as follows:
Zunächst wird ein zu bearbeitendes Werkstück beispielsweise vom Rüstplatz aus über die Werkstückwechseleinrichtung oder durch eine andere Beladungseinrichtung (z.B. einen Portalförderer) direkt in den Arbeitsraum transportiert. Ein anderes Werkstück wird zum Rüstplatz transportiert, beispielsweise kann ein bereits bearbeitetes Werkstück mittels der Werkstückwechseleinrichtung aus dem Arbeitsraum zurück zum Rüstplatz transportiert werden. Vorzugsweise kann ein gleichzeitiger Werkstückwechsel zwischen dem Rüstplatz und dem Arbeitsraum erfolgen. Anschließend wird das im Arbeitsraum angeordnete und aufgespannte Werkstück während einer Hauptzeit mittels der wenigstens einen Werkzeugspindel bearbeitet. Während dieser Hauptzeit wird das am Rüstplatz vorhandene Werkstück mittels des Roboterarms bearbeitet. Bei diesem anderen Werkstück kann es sich um das zuvor im Arbeitsraum bearbeitete Werkstück handeln. Es ist auch möglich, das im Arbeitsraum bearbeitete Werkstück ohne weitere Nachbearbeitung aus der Werkzeugmaschine abzutransportieren und ein noch zu bearbeitendes Werkstück dem Rüstplatz zuzuführen und dieses noch zu bearbeitende Werkstück während der Hauptzeit am Rüstplatz zu bearbeiten.First of all, a workpiece to be machined is transported, for example, from the set-up station via the workpiece changing device or by another loading device (for example a portal conveyor) directly into the working space. Another workpiece is transported to the set-up station, for example, an already machined workpiece can be transported by means of the workpiece changing device from the working space back to the set-up. Preferably, a simultaneous workpiece change between the set-up and the work space can be done. Subsequently, the workpiece arranged and clamped in the working space is processed during a main time by means of the at least one tool spindle. During this main time, the workpiece present at the set-up station is processed by means of the robot arm. This other workpiece may be the previously machined workpiece in the workspace. It is also possible to remove the workpiece machined in the working space from the machine tool without further post-processing and to supply a workpiece still to be machined to the set-up station and to machine this workpiece to be machined during the main time at the set-up station.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Werkzeugmaschine und des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
-
1 in Draufsicht eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeugmaschine mit einem Arbeitsraum, einem Rüstplatz und einem dem Rüstplatz zugeordneten Roboterarm und -
2 und3 die Werkzeugmaschine aus1 in einer blockschaltbildähnlichen Seitenansicht, wobei unterschiedliche zeitliche Phasen veranschaulicht sind.
-
1 in plan view, a schematic, block diagram-like representation of an embodiment of a machine tool with a working space, a set-up and a robot arm associated with the set-up and -
2 and3 the machine tool off1 in a block diagram similar side view, wherein different temporal phases are illustrated.
In den
Die Werkzeugmaschine
Die Werkzeugmaschine
Am Rüstplatz
Beim Ausführungsbeispiel sind die Werkstücke
Die Werkzeugmaschine
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel hat die Werkstückwechseleinrichtung
Mittels wenigstens einer Maschinenachse
Ein Trennwandabschnitt
Die Steuereinrichtung
In der Maschinenaußenwand
Die Werkstücktransportöffnung
Alternativ können Werkstücke
Am Rüstplatz
Ausgehend von dem Sockel
Zwischen der Werkzeugaufnahme
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Freiheitsgrade, in denen das freie Ende
Der Roboterarm
Mittels eines Werkzeugs zur additiven Herstellung, beispielsweise eines Laserschweißkopfes
Ist der Roboterarm
Der Roboterarm
Am Rüstplatz
Der Roboterarm
Zumindest eines der Werkzeuge
Wie es stark schematisiert in den
Zumindest ein Teil der in der Steuereinrichtung
Die wenigstens eine übergeordnete Funktion
Außerdem kann die Steuereinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Werkzeugmaschinemachine tool
- 1111
- Maschinenbettmachine bed
- 1212
- Untergrundunderground
- 1313
- Arbeitsraumworking space
- 1414
- Werkstückworkpiece
- 1515
- Spanneinrichtungtensioning device
- 1616
- Werkzeugspindeltool spindle
- 1717
- Bearbeitungswerkzeugprocessing tool
- 1818
- Steuereinrichtungcontrol device
- 1919
- Maschinenachsemachine axis
- 2020
- Arbeitsraum-Werkzeugmagazin Workspace tool magazine
- 2525
- Rüstplatzsetup station
- 2626
- Trennwandpartition wall
- 26a26a
- Trennwandabschnittpartition section
- 2727
- MaschinenaußenwandMachines outer wall
- 2828
- WerkstückhalterungWorkpiece holder
- 2929
- Palette palette
- 3333
- WerkstückwechseleinrichtungWorkpiece changing device
- 3434
- Palettengreiferpallet gripper
- 3535
- Werkstücktransportöffnung Workpiece transport opening
- 4040
- Roboterarmrobot arm
- 4141
- Sockelbase
- 4242
- freies Ende des Roboterarmsfree end of the robot arm
- 4343
- Werkzeugaufnahmetool holder
- 4444
- WerkzeugTool
- 44a44a
- Messwerkzeugmeasuring tool
- 4545
- Gliedmember
- 4646
- Werkzeugmagazintool magazine
- 4747
- Versorgungcare
- 4848
- Abfuhreinrichtungdischarge device
- 4949
- Abfuhrkanaldischarge channel
- 5050
- Absaugeinrichtungsuction
- 5151
- LaserschweißkopfLaser welding head
- 5252
- Laserquellelaser source
- 5353
- Materialzufuhr material supply
- 5555
- Sensorsensor
- 5656
- Robotersteuereinheit Robot control unit
- DD
- Drehachseaxis of rotation
- FF
- übergeordnete Funktionparent function
- RR
- Roboterachserobot axis
- SS
- Schwenkachseswivel axis
- UU
- Sensorsignalsensor signal
Claims (18)
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DE102018104199.3A DE102018104199B4 (en) | 2018-02-23 | 2018-02-23 | Machine tool with work area, setup station and robot arm and method for their operation |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102018104199A1 true DE102018104199A1 (en) | 2019-08-29 |
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Family
ID=67550379
Family Applications (1)
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DE102018104199.3A Active DE102018104199B4 (en) | 2018-02-23 | 2018-02-23 | Machine tool with work area, setup station and robot arm and method for their operation |
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EP3915721B1 (en) | 2020-05-29 | 2022-12-28 | C.M.S. S.p.A. | Machine for the processing of parts in a pendular cycle |
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CN107553198A (en) | 2017-07-13 | 2018-01-09 | 芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司 | A kind of automatic loading/unloading production system based on industrial robot |
-
2018
- 2018-02-23 DE DE102018104199.3A patent/DE102018104199B4/en active Active
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EP3915721B1 (en) | 2020-05-29 | 2022-12-28 | C.M.S. S.p.A. | Machine for the processing of parts in a pendular cycle |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division |