DE10331338A1 - Automatisches Positioniersystem - Google Patents
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Abstract
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine schnell und präzise arbeitende und dabei preiswerte automatische Positioniervorrichtung zum Positionieren von Befestigungselementen (2) auf einem Balkensystem (1) mit einem einzigen Antrieb (5) vorgestellt. Die Positioniervorrichtung kann zum Beispiel dazu dienen, die Befestigungselemente (1) für die Werkstückaufnahme einer Werkzeugmaschine bei Umrüstung in kürzester Zeit und sehr genau zu positionieren. Die Positioniervorrichtung besteht aus einer Basiskonstruktion (17), auf der ein verschiebliches Balkensystem (1) angeordnet ist, so dass die Befestigungselemente (2) in alle x-, y-Richtungen und im Extremfall auch in z-Richtung verfahren werden.
Description
- Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem automatischen Positioniersystem, insbesondere mit einem Balken-Spannsystem, auf dem Befestigungselemente angeordnet sind, die in alle Richtungen verschoben werden können.
- Derartige Positioniersysteme sind im Stand der Technik aus der
DE 196 31 630 C2 bekannt. Bei dem bekannten Positioniersystem werden die Befestigungselemente jeweils mittels eines Antriebs und eines Zahnriemens positioniert, was in der Regel mit einer CNC-Steuerung durchgeführt wird. Als nachteilig an diesem Positioniersystem wird es empfunden, dass für das Positionieren der Befestigungselemente auf diesem Balken für jeden Balken ein weiterer Antrieb notwendig ist. So werden bei einer großen Werkzeugmaschine mit beispielsweise 12 verschieblichen Balken und 4 Befestigungselementen pro Balken insgesamt 60 (12 × 4 + 12) Antriebe benötigt. Die Vielzahl von Antrieben mindern einerseits die Betriebssicherheit, verkomplizieren das Positioniersystem und erhöhen vor allem die Anschaffungskosten. - Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisches Positioniersystem bereitzustellen, dass in der Lage ist, auf einfache und betriebssichere Weise die Befestigungselemente in jede beliebige Stellung auf einem Basisteil zu fahren, wobei die Herstellungskosten dieses Positioniersystems gesenkt werden.
- Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs gelöst.
- Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zum automatischen Positionieren von mindestens einem in alle Richtungen verschieblichen Befestigungselement auf einer Basiskonstruktion, bestehend aus Schienen und mindestens einem Balken, gekennzeichnet durch einen einzigen Antrieb.
- Vorteilhaft ist es dabei, dass dieser einzige Antrieb mindestens ein Transmissionsmittel antreibt, wobei das Transmissionsmittel vorteilhaft ein Zahnriemen, ein Stahlband, eine Kette, eine Welle oder etwas ähnliches ist.
- Vorteilhaft ist es auch, dass auf der Basiskonstruktion mindestens ein Führungssystem, z.B. eine Führungsschiene, angeordnet ist, die zur Führung der Balkensysteme dienen.
- In vorteilhafter Weise ist die Basiskonstruktion mit einer ebenen Fläche ausgerüstet, z.B. in Form einer Platte.
- Ferner ist es vorteilhaft, dass senkrecht zu mindestens einer Führungsschiene mindestens ein längs der Führungsschiene verschieblicher Balken angeordnet ist, auf dem mindestens ein Befestigungselement verschieblich angeordnet ist.
- Vorteilhaft ist es auch, dass jedes einzelne Befestigungselement mindestens eine Klemmvorrichtung aufweist, die das Befestigungselement an einem Transmissionsmittel an beliebigem Ort festklemmt.
- Dabei kann die Klemmvorrichtung vorteilhaft elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angesteuert werden.
- Vorteilhaft ist es ferner, dass der Antrieb an einer der Längsseiten der Basiskonstruktion angeordnet ist.
- Vorteilhaft ist es auch, dass an einem Ende eines jeden Balkens ein Winkeltrieb angeordnet ist, durch den ein zweites Zahnriemenrad angetrieben wird, mit dem ein zweites Transmissionsmittel bewegt wird.
- In vorteilhafter Weise sind die Befestigungselemente als Vakuumsauger, Balkenbacken oder Balkensysteme auf einer Basisplatte angeordnet, die zur Aufnahme von unterschiedlichen Elementen geeignet sind.
- Ferner ist es vorteilhaft, dass mindestens ein Führungssystem in mindestens einer Koordinatenrichtung (x, y, z) ausgerichtet ist, so dass das verschiebliche Befestigungselement in alle Richtungen im Raum verschoben werden kann.
- Weitere erfindungswesentliche Merkmale gehen aus den Unteransprüchen hervor.
- Im nun Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen im Detail näher beschrieben. Es zeigt
-
1 : eine schematische perspektivische Darstellung des automatischen Positioniersystems, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einer Basisplatte (17 ) angeordnet ist; -
2 : eine perspektivische Unteransicht eines Balkensystems (1 ), auf dem Befestigungselemente (2 ) angeordnet sind; -
3 : eine perspektivische Teilansicht des Endes eines Balkensystems (1 ) mit einem Führungsschlitten (3 ); -
4 : eine perspektivische Draufsicht des Endes eines Balkensystems (1 ) mit dem Antrieb (5 ). - Die
1 zeigt eine schematische perspektivische Draufsicht auf das erfindungsgemäße automatische Positioniersystem mit den wesentlichen Bauelementen des Gesamtsystems. Das automatische Positioniersystem besteht im Wesentlichen aus einer Basiskonstruktion17 , die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Platte darstellt, die mindestens eine ebene Fläche aufweist. Auf der Basiskonstruktion17 ist mindestens eine Linearführung4 ,4' an den Längsseiten der Basisplatte17 angebracht, auf der die einzelnen Balkensysteme1 geführt werden. Die automatische Positioniervorrichtung besteht ferner aus einem oder mehreren zueinander parallelen, in Richtung einer der Bearbeitungsachsen, zum Beispiel der x-Achse, verschiebbaren Balkensystemen1 , auf denen in Längsrichtung, der y-Richtung, ein oder mehrere verschiebbare Befestigungselemente2 , die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Vakuumsauger ausgebildet sind, angeordnet sind. Die Balken und die Befestigungselemente werden mittels eines Führungsschlittens3 und entsprechenden Linearführungen4 auf dem Maschinenbett, also der Basiskonstruktion, in den Linearführungen bzw. den Balkensystemen geführt. Die Befestigungselemente2 können völlig unterschiedlich ausgeführt werden, beispielsweise als Balkenbacken oder andere Balkensysteme, mit denen Werkstücke befestigt werden können und in beliebiger Richtung verschoben werden. - Mittels eines seitlich an der Basiskonstruktion
17 montierten Antriebs5 wird ein Zahnriemensystem6 angetrieben, das in x-Richtung über den gesamten Verfahrbereich des Balkensystems verläuft. An der Stirnseite jedes Balkens1 wird dieser Zahnriemen6 über ein erstes Zahnriemenrad7 durch Umlenkrollen zwangsgeführt. Dieses Zahnriemenrad7 sitzt auf der Welle eines 90°-Winkeltriebs8 . Durch das Winkelgetriebe8 wird ein zweites Zahnriemenrad9 , in einem bestimmten, freiwählbaren Übersetzungsverhältnis 1 : 1 angetrieben, welches ein zweites Zahnriemensystem in y-Richtung antreibt. Jeder Balken1 und jedes Balkenelement2 ist mit einem Klemmsystem11 ausgerüstet. Das Klemmsystem ist so angeordnet, dass es sowohl den Untertrum15 als auch den Obertrum15' der Zahnriemen6 ,10 in x-Richtung bzw. in y-Richtung überdeckt und je nach Bedarf am entsprechenden Trum festgeklemmt werden kann. Das Klemmsystem11 ist so ausgebildet, dass es in Linearführungen des Balkensystems1 einerseits geführt wird und andererseits das Transmissionsmittel6 ,10 auf der Ober- und Unterseite umschließt. - Im Ausgangszustand sind nun sowohl die Balkensysteme
1 als auch die Befestigungselemente2 fest positioniert. Die Position wird durch eine Klemmeinheit12 auf den Linearführungen4 gehalten. Bei Eingabe einer neuen Position durch die Steuerung der CNC-Einheit, die hier nicht gezeigt ist, werden ein oder mehrere Balkensysteme bzw. Befestigungselemente zunächst bei den anzusteuernden Balkensystemen die Klemmungen mit den Linearführungen4 gelöst. Gleichzeitig wird die Klemmeinheit12 für das Klemmen auf den Zahnriemen aktiviert. Je nachdem, ob nun in positiver oder in negativer Koordinaten-Richtung (x-y-z) positioniert werden soll, wird entweder auf dem Obertrum15 oder auf dem Untertrum15' geklemmt. Es kann natürlich auch der Antrieb reversiert werden, das heißt, die Drehrichtung des Antriebs5 wird umgekehrt. Der Anrieb5 führt dann den Zahnriemen6 in x-Richtung um die vorgegebene kleinste Distanz für die Positionierung eins Balkensystems1 . Durch die Klemmung auf dem Zahnriemen6 werden alle zu positionierenden Balken1 zwangsläufig um diese vorgegebene geringste Positionierdistanz verschoben. Hat nun der erste Balken1 die ihm zugeordnete Position erreicht, bleibt der Antrieb5 stehen, die Zahnriemenklemmung für dieses Balkensystem wird gelöst und die Positionierklemmung auf der Linearführung4 ,4' wird aktiviert. Die restlichen zu positionierenden Balken1 bleiben über die Zahnriemenklemmung mit dem System verbunden. - Der Antrieb
5 verfährt nun den Zahnriemen6 um den nächsten durch die Steuerung vorgegebenen Weg. Hat der nächste Balken1 nun eine Position erreicht, wird wie zuvor beschrieben verfahren. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis alle zu positionierenden Balken1 ihre vorbestimmte Position erreicht haben. Während der Positionierung des Balkensystems1 ist es nicht möglich, die Befestigungselemente2 , die sich auf diesem Balken befinden, in y-Richtung zu verfahren und zu positionieren, da sich das Zahnriemenrad7 an der Stirnseite des Balkens und somit auch der Zahnriemen10 für die y-Bewegung nicht dreht. Sobald aber die Klemmung zwischen Balken1 und Zahnriemen10 gelöst ist und der Balken fest auf der Linearführung geklemmt ist, wird das Zahnriemenrad7 der Stirnseite des Balkens durch den Antrieb5 über den zwangsgeführten Zahnriemen6 in Bewegung gesetzt und damit auch der Zahnriemen10 über das Winkelgetriebe8 für die y-Richtung. Dadurch können nun die einzelnen Befestigungselemente2 , die auf dem Balkensystem angeordnet sind, genauso wie die Balken selbst positioniert werden. - Diese vorbeschriebene Vorgehensweise der Positionierung der einzelnen Befestigungselemente bzw. der Balkensysteme
1 wird so oft beliebig wiederholt, bis sämtliche Befestigungselemente an vorgegebenem Ort und Stelle positioniert sind. - In
2 ist ein Balkensystem1 in perspektivischer Darstellung von unten gezeigt. An den Enden jedes Balkensystems1 ist ein Führungsschlitten3 ,3' angeordnet, der an seiner Unterseite Führungsnuten14 ,14' aufweist, die in den längsseitig angeordneten Linearführungen4 ,4' in x-Richtung gleiten. Etwa in der Mitte der Führungsnut14 ist eine erste Klemmvorrichtung12 angeordnet, die den Führungsschlitten3 bzw. das zugehörige Balkensystem1 an beliebiger Längs-Position festklemmt und in dieser Position hält. Der Führungsschlitten weist ferner eine hier nicht sichtbare Umlenkung, z.B. ein 90°-Winkelgetriebe, auf, das eine Rotationsbewegung des ersten Zahnriemenrades7 auf das zweite Zahnriemenrad9 überträgt, wobei das zweite Zahnriemenrad9 ein zweites Transmissionsmittel10 antreibt. Das zweite Transmissionsmittel10 wird von einer jedem Befestigungselement2 zugeordneten Klemmvorrichtung11 oberseitig und unterseitig umgeben, so dass einmal für eine Transmissionsbewegung in positiver y-Richtung und einmal in negativer y-Bewegungsrichtung festgeklemmt werden kann. Die Befestigungselemente2 können somit in beliebiger vernünftiger Anzahl auf dem Balkensystem1 hin und her verschoben werden. - Die
3 zeigt das Ende eines Balkensystems1 in perspektivischer Unteransicht. Durch die Rotation des ersten Zahnriemenrads7 , das durch den hier nicht gezeigten Antrieb5 mittels des Transmissionsmittels6 in Rotation versetzt wird, wird gleichzeitig über das 90°-Winkelgetriebe das zweite Zahnriemenrad9 in Rotation versetzt, so dass bei Klemmung des Untertrums15 oder des Obertrumms15' auf dem zweiten Transmissionsmittel10 das Befestigungselement2 von dem Führungsschlitten3 an eine vorbestimmte Stelle in y-Richtung hin- und hergeführt wird. Die weiteren Funktionen wurden weiter oben bereits beschrieben. - Die
4 zeigt in perspektivischer Draufsicht das Ende eines Balkensystems1 in der Nähe des Antriebs5 . Bei Rotation des Antriebs5 wird das Transmissionsmittel, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Zahnriemen, in eine positive oder negative x-Richtung gedreht. Dabei wird das erste Zahnriemenrad7 ebenfalls bewegt und bei gelöster Klemmvorrichtung12 der Führungsschlitten3 in x-Richtung gefahren. Der Antrieb5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein kräftiger Servomotor, der elektrisch betrieben wird. Im hier nicht gezeigten Extremfall ist für eine Bewegung des Befestigungselements in z-Richtung ein weiterer Winkeltriebnotwendig. - Infolge der erfindungsgemäßen Gesamtkonstruktion benötigt dieses automatische Positioniersystem lediglich einen Antrieb
5 , mit dem sämtliche Befestigungselemente2 in ihre jeweiligen vorbestimmten Positionen mittels einer Steuerung für die entsprechenden Klemmvorrichtungen geführt werden kann. - Obwohl nur mit einem Antrieb
5 gearbeitet wird, können mehrere Elemente1 ,2 gleichzeitig verfahren werden. Die Positionierzeiten sind damit nur unwesentlich länger als bei Systemen mit mehreren Antrieben. Da sowohl auf dem Untertrum15 als auch auf dem Obertrum15' der Zahnriemen6 ,10 geklemmt werden kann, sind gleichzeitige Positionierungen in unterschiedliche Richtungen möglich. Bei den bis heute bekannten Systemen sind Positionierungen innerhalb eines Systems in verschiedenen Richtungen nur nacheinander durchführbar, da der Antrieb seine Drehrichtung ändern muss.
Claims (16)
- Vorrichtung zum automatischen Positionieren von mindestens einem in alle Richtungen verschieblichen Befestigungselement (
2 ) auf einer Basiskonstruktion (17 ) aus Schienen (4 ,4' ) und mindestens einem Balkensystem (1 ), gekennzeichnet durch einen einzigen Antrieb (5 ). - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (
5 ) mindestens ein Transmissionsmittel (6 ) antreibt. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionsmittel (
6 ) ein Zahnriemen, Stahlband, Kette, Welle oder Ähnliches ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Führungsschiene (
4 ), die auf einer Basiskonstruktion (17 ) befestigt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiskonstruktion (
17 ) eine ebene Fläche aufweist. - Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zu mindestens einer Führungsschiene (
4 ,4' ) mindestens ein längs der Führungsschiene verschiebliches Balkensystem (1 ) angeordnet ist, auf dem mindestens ein Befestigungselement (2 ) verschieblich angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Befestigungselement (
2 ) mindestens eine Klemmvorrichtung (11 ) aufweist, die das Befestigungselement (2 ) an dem Transmissionsmittel (10 ) festklemmt. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (
11 ) der Befestigungselemente (2 ) elektrisch oder hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbar ist. - Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (
5 ) an einer der Längsseiten (13 ,13' ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende eines jeden Balkensystems (
1 ) ein Winkeltrieb (8 ) angeordnet ist, durch das ein zweites Zahnriemenrad (9 ) angetrieben wird. - Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnriemenrad (
9 ) ein zweites Transmissionsmittel (10 ) antreibt. - Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionsmittel ein Ober- und Untertrumm (
15 ,15' ) aufweist und von der Klemmvorrichtung (11 ) überdeckt wird. - Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (
2 ) als Vakuumsauger, Balkenbacken oder Balkensysteme ausgebildet sind. - Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (
2 ) durch mindestens eine Linearführung (16 ) in mindestens einer Koordinatenrichtung (x, y, z) geführt wird. - Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Befestigungselement (
2 ) einen Führungsschlitten (3 ) aufweist. - Verfahren zum automatischen Positionieren von mindestens einem in alle Richtungen verschieblichen Befestigungselement (
2 ) auf einer Basiskonstruktion (17 ) aus Schienen (4 ,4' ) und mindestens einem Balkensystem (1 ), gekennzeichnet durch einen einzigen Antrieb (5 ).
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