DE19614641A1 - Vorrichtung zur Bearbeitung und Montage von Werkstücken - Google Patents

Vorrichtung zur Bearbeitung und Montage von Werkstücken

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung und Montage von Werkstücken nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.
Es ist bekannt, eine Basisplattform für Werkzeuge und/oder Werkstücke mit sogenannten oktaedrischen Ma­ schinen bzw. Maschinen mit Stabkinematiken zu bewegen. Die jeweilige Plattform ist nur mit einem einzigen Werk­ zeug ausgestattet. Die Maschinen können aufgrund ihrer Kinematikgestaltung nur an einer speziell zugeordneten Bearbeitungsstation arbeiten. Nachteilig bei diesen Ma­ schinen ist, daß Werkstücke und Werkzeuge nur mit hohem Aufwand zugeführt werden können, daß die Maschine je­ weils nur eine Bearbeitungstechnologie zum Einsatz brin­ gen kann und daß Werkstück- und Werkzeugspannplätze nicht von außen bedient werden können, solange eine Be­ arbeitung stattfindet. Insbesondere ist es nicht mög­ lich, mit konventionellen Maschinenkinematiken sowohl eine Bearbeitung als auch eine Montage von Werkstücken in einem einzigen Arbeitsbereich einer einzigen Maschine durchzuführen. In einem Arbeitsbereich verschiedene Ar­ beiten durchzuführen, war nur Industrierobotern vorbe­ halten. Diese konnten aber nur einfache, unpräzise Auf­ gaben durchführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Vorrichtung so auszubilden, daß mit ihr in einem einzigen Arbeitsbereich unterschiedlichste Aufgaben durchgeführt werden können.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Basisplattform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann innerhalb ihres Arbeitsbereiches mit den Stabele­ menten in jede gewünschte Lage verstellt werden. Da die verschiedenen Stationen um den zentralen Bereich so an­ geordnet sind, daß sie im Zugriffsbereich der Werkzeuge liegen, können mit Hilfe der Basisplattform die unter­ schiedlichsten Arbeiten mit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung durchgeführt werden. Mit ihr können Werkstücke bearbeitet oder Montagearbeiten durchgeführt werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 2a in Draufsicht die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit vier Bearbeitungsstationen,
Fig. 3 in perspektivischer Darstellung eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung,
Fig. 3a eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 3,
Fig. 4 in vergrößerter Darstellung und im Schnitt eine Basisplattform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung,
Fig. 4a in vergrößerter Darstellung und teilweise im Schnitt eine Antriebs- und Spanneinheit der Ba­ sisplattform gemäß Fig. 4,
Fig. 5 in explosiver Darstellung die Basisplattform gemäß Fig. 4 sowie eine an diese anzuschließen­ de Werkzeugplattform,
Fig. 5a in vergrößerter Darstellung und im Schnitt ei­ nen Teil der Werkzeugplattform gemäß Fig. 5,
Fig. 6 in schematischer Darstellung einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer Werkzeugplatt­ form mit einem Drehmeißel, mit dem ein Werk­ stück bearbeitet wird,
Fig. 7 in schematischer Darstellung einen Teil einer an eine Basisplattform angeschlossenen Werk­ zeugplattform, mit der ein Werkstück bearbeitet wird,
Fig. 8 in einer Darstellung entsprechend Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Werkzeugplatt­ form, die an die Basisplattform anschließbar ist,
Fig. 9 in einer Darstellung entsprechend Fig. 8 eine weitere Ausführungsform einer an die Basis­ plattform anzuschließenden Werkzeugplattform,
Fig. 10 in schematischer und perspektivischer Darstel­ lung eine weitere Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 11 in perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung,
Fig. 11a in vergrößerter Darstellung die gelenkige Ver­ bindung zwischen Stäben und einem Linearantrieb sowie einem Spindelgehäuse der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung gemäß Fig. 11,
Fig. 12 in einer Darstellung entsprechend Fig. 11 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 13 eine weitere Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in einer Darstellung ent­ sprechend Fig. 11.
Die Vorrichtung kann zum Bearbeiten von Werkstücken so­ wie zur Montage verwendet werden und bildet ein Bearbei­ tungs- bzw. ein Montagezentrum.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind drei vertikale Gestellteile G1 bis G3 vorgesehen, die beispielhaft in Winkelabständen von 90° zueinander angeordnet sind (Fig. 2).
Die Gestellteile G1 bis G3 weisen in Höhenrichtung ver­ laufende Linearführungen LF1 bis LF3 auf, längs denen jeweils ein Linearantrieb A1 bis A3 verschiebbar ist. An jedem Linearantrieb A1 bis A3 sind zwei zueinander par­ allele Stabelemente S1/S2, S3/S4, S5/S6 angelenkt. Die anderen Enden der Stabelemente sind an einer Basisplatt­ form BP angelenkt. Die den Gestellteilen G1 bis G3 sowie den Antrieben A1 bis A3 zugeordneten Stabelemente bilden jeweils als Parallelogrammanordnungen ausgebildete Ba­ siskinematiken. Die Vorrichtung wirkt als dreiachsige Bewegungseinheit mit Freiheitsgraden in x-, y- und z-Richtung, wenn sich die Antriebe A1 bis A3 längs der Ge­ stellteile G1 bis G3 in Pfeilrichtung (Höhenrichtung) bewegen. In der in Fig. 1 dargestellten Ausgangslage ist die Basisplattform BP zentral zu den Gestellteilen G1 bis G3 angeordnet.
Wie sich aus der Draufsicht gemäß Fig. 2 ergibt, kann die zentral angeordnete Basisplattform BP mit den Stab­ kinematiken S1 bis S6 innerhalb einer Hüllkontur H be­ wegt werden. Sie ist mindestens so groß, daß sie die Ba­ sisplattform BP sowie eine mit ihr verbundene Werkzeug­ plattform WP umschließt. Mittels der Basiskinematiken kann die Basisplattform BP und damit auch die Werkzeug­ plattform WP innerhalb der Hüllkontur H′ bewegt werden, um entsprechende Bearbeitungen an Werkstücken vorzuneh­ men.
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 und 2a ist an die Unterseite der Basisplattform BP, die vorteilhaft scheibenförmig ausgebildet ist, die Werkzeugplattform WP in noch zu beschreibender Weise angeschlossen. Sie ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als scheibenförmi­ ger Werkzeugrevolver mit Werkzeugen W ausgebildet, der um eine vertikale Achse in Pfeilrichtung C gedreht wer­ den kann.
Im Zugriffsbereich der Basisplattform BP befindet sich eine Werkzeugplattform-Wechselstation WPW, auf der über­ einander Werkzeugplattformen WP gelagert sind. Die ent­ sprechenden Werkzeugplattformen können bereits mit den erforderlichen Werkzeugen W bestückt sein. Selbstver­ ständlich können die Werkzeugplattformen WP auch in an­ derer Weise, beispielsweise nebeneinander, in der Werk­ zeugplattform-Wechselstation WPW gelagert sein.
Im Bereich der Vorrichtung befindet sich auch eine Werk­ zeugwechselstation WWS, in der die Werkzeuge gelagert sind. Die Werkzeugwechselstation WWS hat einen um eine horizontale Achse drehbaren Werkzeugträger WT, der am Umfang Aufnahmen für die Werkzeuge hat. Solche Werkzeug­ wechselstationen sind an sich bekannt und werden darum nicht näher beschrieben.
Der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 sind drei Bear­ beitungsstationen B1 bis B3 zugeordnet, auf denen sich die zu bearbeitenden Werkstücke befinden. Die Bearbei­ tungsstationen B1 und B2 befinden sich auf einem Tisch WST, der in bekannter Weise Längsführungen hat, auf de­ nen Paletten verschiebbar sind, auf denen die zu bear­ beitenden Werkstücke in bekannter Weise aufgespannt sind. Die Bearbeitungsstation B3 ist auf dem Boden gela­ gert und hat beispielhaft eine Spannspindel mit horizon­ taler Achse, in die das zu bearbeitende Werkstück WS eingespannt ist. Auch solche Bearbeitungsstationen sind bekannt und werden darum nicht näher erläutert.
Die Bearbeitungsstationen B1 und B2 liegen außerhalb der größeren Hüllkontur H′ (Fig. 2) und sind so angeordnet, daß die auf ihr befindlichen Werkstücke mit den Werkzeu­ gen W der jeweiligen Werkzeugplattform WP bearbeitet werden können. Im Ausführungsbeispiel (Fig. 2) ist zur Bearbeitung des Werkstückes der Bearbeitungsstation B2 die Werkzeugplattform WP′′′ vorgesehen, die an die Un­ terseite der Basisplattform BP angeschlossen ist.
Soll das Werkstück der Bearbeitungsstation B1 bearbeitet werden, wird die Bearbeitungsstation B2 auf der Längs­ führung verschoben und die nächste Bearbeitungsstation B1 in den Arbeitsbereich der Werkzeugplattform WP′′′ ge­ bracht.
Das in der Bearbeitungsstation B3 eingespannte Werkstück wird, wie dies beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist, an seiner Stirnseite mit einem Werkzeug der Werkzeug­ plattform WP′′ gebohrt.
In Fig. 2 ist die weitere Möglichkeit dargestellt, an der Basisplattform BP eine Werkzeugplattform WP′ zu be­ festigen.
Die Bearbeitungsstationen B1 bis B3, die Werkzeugwech­ selstation WWS und die Werkzeugplattformwechselstation WPW sind um den zentral gelegenen, im wesentlichen zwi­ schen den Gestellteilen G1 bis G3 sich erstreckenden Ar­ beitsraum angeordnet. Außer den in den Fig. 1 und 2 dar­ gestellten Bearbeitungsstationen B1 bis B3 können natür­ lich auch weitere und/oder andere Bearbeitungsstationen verwendet werden. Dies gilt auch für das noch zu be­ schreibende Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3.
Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der Be­ arbeitungsstationen Montagestationen vorzusehen. Auch ist es möglich, sowohl Bearbeitungs- als auch Montage­ stationen einzusetzen, um Werkstücke zunächst zu bear­ beiten und anschließend zu montieren. Die zur Bearbei­ tung und/oder Montage erforderlichen Werkzeuge sind in den entsprechenden Werkzeugblattformen WP vorgesehen, die aufeinander in der jeweiligen Werkzeugplattformwech­ selstation WPW gelagert sind. Es können auch zwei oder mehrere solcher Werkzeugplattformwechselstationen und/oder Werkzeugwechselstationen WWS vorgesehen werden.
Die Linearantriebe A1 bis A3 können unabhängig voneinan­ der längs des jeweiligen Gestellteiles G1 bis G3 verfah­ ren werden. Da die Basisplattform BP an den freien Enden der Stabelemente S1 bis S6 angelenkt ist, die mit ihren anderen Enden ihrerseits an den Linearantrieben A1 bis A3 angelenkt sind, kann die Basisplattform BP und damit die an sie angeschlossene Werkzeugplattform WP an die jeweiligen Bearbeitungsstationen, Werkzeugwechselstatio­ nen, Werkzeugplattformwechselstationen und dergleichen herangeführt werden. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Bearbei­ tungsstation B3 so angeordnet, daß das zu bearbeitende Werkstück WS innerhalb der größeren Hüllkontur H′ liegt. Die beiden anderen Bearbeitungsstationen B1, B2 liegen außerhalb der größeren Hüllkontur H′. Die Werkzeugplatt­ formwechselstation WPW ragt in die größere Hüllkontur H′. Dies gilt auch für den Werkzeugträger WT der Werk­ zeugwechselstation WWS.
Fig. 2a zeigt die Möglichkeit, vier Bearbeitungsstatio­ nen B1 bis B4 vorzusehen, die jeweils auf Paletten vor­ gesehen sind, die auf Längsführungen zweier Werkstückti­ sche WST verfahrbar sind. Die beiden Werkstücktische WST liegen rechtwinklig zueinander und nehmen jeweils zwei Bearbeitungsstationen B1, B2 und B3, B4 auf. Die Bear­ beitungsstationen B1 bis B4 sind wieder nahe benachbart außerhalb der größeren Hüllkontur H′ (Fig. 2) angeord­ net, so daß die Basisplattform BP mit der jeweiligen Werkzeugplattform WP an die in den Bearbeitungsstationen befindlichen Werkstücke herangeführt werden kann. Dieser Vorrichtung ist ebenfalls d1 Werkzeugplattformwechsel­ station WPW zugeordnet, die gleich ausgebildet ist wie beim vorigen Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung gemäß Fig. 2a kann auch die Werkzeugwechselstation aufweisen. Im übrigen ist die Vorrichtung gemäß Fig. 2a gleich aus­ gebildet wie das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2.
Die Fig. 3 und 3a zeigen eine Vorrichtung, die im we­ sentlichen gleich ausgebildet ist wie das Ausführungs­ beispiel nach den Fig. 1 und 2. Anstelle der vertikalen Gestellteile sind bei dieser Ausführungsform horizontale Gestellteile G1 bis G3 vorgesehen, die sternförmig zu­ einander angeordnet sind. An der Unterseite sind die Ge­ stellteile G1 bis G3 mit den Linearführungen LF1 bis LF3 für die Linearantriebe A1 bis A3 versehen. Die Linearan­ triebe A1 bis A3 sind wiederum durch Stabelemente S1 bis S6 mit der Basisplattform BP gelenkig verbunden. Die Li­ nearantriebe Al bis A3 mit den Stäben S1 bis S6 und der Basisplattform BP bilden wiederum Basiskinematiken, mit denen die Basisplattform BP in x-, y- und z-Richtung translatorisch bewegt werden kann. Die Gestellteile G1 bis G3 sind an ihren freien Enden über vertikale Stützen ST1 bis ST3 auf dem Untergrund abgestützt.
Der Vorrichtung ist der Werkstücktisch WST zugeordnet, auf dessen Längsführung die Bearbeitungsstationen B1 und B2 angeordnet sind. Außerdem ist die auf dem Untergrund aufstehende Bearbeitungsstation B3 vorgesehen, die gleich ausgebildet ist wie die entsprechende Bearbei­ tungsstation gemäß den Fig. 1 und 2. Außerdem sind die Werkzeugplattformwechselstation WPW und die Werkzeug­ wechselstation WWS vorhanden.
Die verschiedenen Bearbeitungs- und Wechselstationen sind wiederum um die Hüllkontur H so angeordnet, daß sie von der zentralen Bewegungseinheit (Basisplattform BP) bedient werden können. In Fig. 3a ist beispielhaft dar­ gestellt, wie mit einer an der Basisplattform BP vorge­ sehenen Werkzeugplattform WP ein Werkzeug W der Aufnahme des Werkzeugträgers WT der Werkzeugwechselstation WWS entnommen bzw. in diese Aufnahme eingesetzt wird.
Selbstverständlich kann zusätzlich eine Bearbeitungsein­ heit auch zentral angeordnet sein, ebenso wie bei der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2.
Fig. 4 zeigt die Einzelheiten der Basisplattform BP. Sie hat einen scheibenförmigen Grundkörper 12, der runden, aber auch eckigen Umriß haben kann. Auf der Oberseite des Grundkörpers 12 sind die Stabelemente S1 bis S6 an­ gelenkt, von denen in Fig. 4 die Parallelstabanordnungen S1/S2 und S5/S6 dargestellt sind. Der Grundkörper 12 weist zentral eine Antriebs- und Spanneinheit 1 auf, die über einen auf dem Grundkörper 12 vorgesehenen dezentralen Steuerungsrechner 17 gesteuert wird. Der Steuerungs­ rechner 17 ist über eine Steuer- und Leistungsversor­ gungsleitung 16 mit einer (nicht dargestellten) überge­ ordneten zentralen Steuerung verbunden. An der Untersei­ te des Grundkörpers 12 befinden sich vorzugsweise ver­ senkt angeordnet Anschlüsse 8, die mit dem Steuerungs­ rechner 17 verbunden sind und an die die Werkzeugplatt­ form in noch zu beschreibender Weise angeschlossen wer­ den kann. Die Anschlüsse 8 sind vorteilhaft als Steck­ verbindungen ausgebildet. Über die Anschlüsse 8 können Antriebssysteme, Greifer und dergleichen, die an den an­ zuschließenden Werkzeugplattformen vorgesehen sind, vom Steuerungsrechner 17 ebenfalls angesteuert werden.
An den Grundkörper 12 sind Leitungen 13 bis 15 ange­ schlossen. Über die Leitungen 13 und 14 werden Hilfs­ energien, wie Druckluft (Leitung 13) und Hilfsspannungen (Leitung 14) zugeführt. Über die Leitung 15 kann Kühl- oder Schmiermittel zugeführt werden. Den Leitungen 13 bis 15 sind Schnittstellen 5 bis 7 an der Unterseite des Grundkörpers 12 zugeordnet. Die Schnittstellen 5 bis 7 liegen vorteilhaft vertieft im Grundkörper 12. Über sie können die entsprechenden Hilfsenergien und Kühl- oder Schmiermittel an die anzuschließende Werkzeugplattform weitergeführt werden. An der Unterseite des Grundkörpers 12 ist eine Spanneinrichtung 10 vorgesehen, wie sie an sich bekannt ist und für Werkzeuge mit Steilkegel oder andere Aufnahmedorne für Werkzeuge verwendet wird. Die Werkzeugplattform ist mit den entsprechenden Kegeln oder Aufnahmedornen versehen, mit denen sie über die Spann­ einrichtung 10 an den Grundkörper 12 der Basisplattform BP angeschlossen werden kann.
Die Antriebs- und Spanneinheit hat eine drehbare Hülse 3c, die nach unten über den Grundkörper 12 ragt und um eine vertikale Achse drehbar angetrieben werden kann. Über den Umfang der Hülse 3c sind verteilt angeordnet Öffnungen 3b vorgesehen (Fig. 4a), die zur Aufnahme ei­ nes Formschlußelementes 22a (Fig. 4) dienen. Das Form­ schlußelement 22a ist vorteilhaft ein Indexstift, der radial verschiebbar im Grundkörper 12 gelagert ist. Mit ihm kann eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper 12 und der antreibbaren Hülse 3c hergestellt werden. Zum Verschieben des Formschlußelementes 22a ist ein im Grundkörper 12 gelagertes Stellglied 27a vorgese­ hen, mit dem das Formschlußelement radial verschoben werden kann, um die drehfeste Verbindung zwischen dem Grundkörper 12 und der Hülse 3c herzustellen bzw. aufzu­ heben. Das Stellglied 27a kann beispielsweise ein Kolben sein, der mit entsprechendem Druckmedium beaufschlagt wird.
Wie Fig. 4a zeigt, ist die Hülse 3c an ihrem oberen Ende mit einem radialen Flansch 3d versehen, der auf einer ringförmigen Schulter 3e des Grundkörpers 12 gelagert ist. Die Hülse 3c ragt nach unten über den Grundkörper 12. Der überstehende Teil der Hülse 3c weist über seinen Umfang verteilt angeordnete Öffnungen 3a auf.
Die Antriebs- und Spanneinheit 1 weist an ihrem nach un­ ten über die Hülse 3c überstehenden Ende eine Verzahnung 2 und eine Werkzeugaufnahme 4 auf. Zur formschlüssigen Verbindung der Antriebs- und Spanneinheit 1 mit der an­ zuschließenden Werkzeugplattform sind nahe dem unteren Ende der Einheit 1 über den Umfang verteilt angeordnete Formschlußöffnungen 3 vorgesehen.
Die Werkzeugaufnahme 4 sowie die sie umgebende Verzah­ nung 2 sind auf einem Abtriebselement 1a vorgesehen, das um eine vertikale Achse drehbar angetrieben werden kann. Die Werkzeugaufnahme 4 ist in bekannter Weise ausgebil­ det und beispielsweise zur Aufnahme von Werkzeugen mit Steilkegeln oder mit beliebigen Aufnahmedornen vorgese­ hen.
Fig. 5 zeigt beispielhaft, wie an die Basisplattform, die entsprechend Fig. 4 ausgebildet ist, die Werkzeug­ plattform WP angeschlossen werden kann. Die Werkzeug­ plattform WP ist im Ausführungsbeispiel ein Werkzeugre­ volver mit einem scheibenförmigen Grundkörper 20. Er hat eine zentrale Aufnahmeöffnung 19, mit der die Werkzeug­ plattform WP auf die Hülse 3c der Basisplattform BP auf­ gesteckt werden kann. Über den Umfang des Grundkörpers 20 verteilt sind Werkzeuge 25 und 26 angeordnet, die je­ weils auf Spindeln 21 drehfest sitzen. Die Spindeln 21 sind in bekannter Weise innerhalb des Revolverkopfes drehbar gelagert und ragen in die zentrale Aufnahmeöff­ nung 19. Auf den in der Aufnahmeöffnung 19 liegenden En­ den der Spindeln 21 sitzen Zahnräder 18, die bei ange­ kuppelter Werkzeugplattform WP in die Verzahnung 2 der Antriebs- und Spanneinheit 1 eingreifen. In der An­ triebsverbindung zwischen den Zahnrädern 18 und den Werkzeugen 25, 26 sitzt jeweils ein Kupplungselement 19′, das vorzugsweise ansteuerbar ist.
Auf der Oberseite des Grundkörpers 20 sind Aufnahmeele­ mente 24 vorgesehen, die in der Spanneinrichtung 10 des Grundkörpers 12 der Basisplattform BP aufgenommen und gespannt werden. Anstelle dieser Aufnahmeelemente 24 kann im Grundkörper 20 auch wenigstens ein Formschluß­ element 22 radial verschiebbar gelagert sein, das vor­ zugsweise ein Indexstift ist. Er wird mit einem Stell­ glied 27 verschoben, das ebenfalls im Grundkörper 20 der Werkzeugplattform WP untergebracht und vorteilhaft gleich ausgebildet sein kann wie das Stellglied 27a der Basisplattform BP. Bei Verwendung des Formschlußelemen­ tes 22 sind die Aufnahmeelemente 24 nicht erforderlich.
Auf dem Grundkörper 20 sind außerdem Schnittstellen 23 vorgesehen, die beim Ankoppeln der Werkzeugplattform WP an die Basisplattform BP mit den Anschlüssen 8 und den Schnittstellen 5 bis 7, 9 der Basisplattform zusammen­ wirken.
Hat die Werkzeugplattform WP als Kupplungselement das Formschlußelement 22, dann wird es mit dem Stellglied 27 radial ausgefahren und greift in die Öffnungen 3 und 3a des Abtriebselementes 1a und der Hülse 3c ein. Wird das Formschlußelement 22a der Basisplattform BP zurückgefah­ ren, dann kann die Werkzeugplattform WP mit dem Ab­ triebselement 1a und der Hälse 3c um die vertikale Achse in die gewünschte Lage gedreht und positioniert werden. Anschließend wird das Formschlußelement 22a der Basis­ plattform BP radial aus- und in die jeweilige Öffnung 3b der Hülse 3c eingefahren. Die entsprechenden Öffnungen 3b sind im Flansch 3d der Hülse 3c vorgesehen (Fig. 4a). Auf diese Weise wird der Revolverkopf in der Bearbei­ tungsposition fixiert. Das Formschlußelement 22 der Werkzeugplattform WP wird so weit zurückgefahren, daß es nur noch in die entsprechende Öffnung 3a der Hülse 3c eingreift. Dadurch kann das Abtriebselement 1a um seine Achse drehbar angetrieben werden. Über seine Verzahnung 2 werden die kegeligen Zahnräder 18 entsprechend drehbar angetrieben, so daß die Werkzeuge 25, 26 entsprechend gedreht werden. Da die Spindeln 21 der Werkzeuge 25, 26 mit den ansteuerbaren Kupplungen 19′ versehen sind, kön­ nen diejenigen Kupplungen ausgerückt werden, deren zuge­ hörige Werkzeuge für den Bearbeitungsvorgang nicht benö­ tigt werden. Darum wird nur das jeweils am Bearbeitungs­ prozeß beteiligte Werkzeug der Werkzeugplattform WP drehbar angetrieben.
Wie Fig. 5a im einzelnen zeigt, ist die Aufnahmeöffnung 19 an der Unterseite geschlossen und trägt einen um sei­ ne Achse drehbaren Spannkegel 24a, der in die entspre­ chende Aufnahme 4 der Basisplattform BP eingreift und dort in bekannter Weise mit Spannzangen gehalten wird. Diese Art der Ankoppelung der Werkzeugplattform WP an die Basisplattform BP kann auch bei den noch zu be­ schreibenden Ausführungsformen gemäß den Fig. 6 bis 9 vorgesehen sein. Dadurch erhält die Werkzeugplattform WP die Möglichkeit zum Drehen in C-Richtung um die vertika­ le Achse des Spannkegels 24a.
Da alle Energieversorgungs- und Signalleitungen 5 bis 9 über die Schnittstellen 23 fit der Werkzeugplattform WP verbunden sind, erhält die Werkzeugplattform die ent­ sprechenden Energien und Signale. Die Ansteuerung der Kupplungselemente 19′ kann mit dem Steuerungsrechner 17 der Basisplattform BP erfolgen. Es ist aber auch mög­ lich, hierfür einen gesonderten Steuerungsrechner vorzu­ sehen.
Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung eine Drehein­ heit 28 als Bearbeitungsstation. Sie hat eine Spannein­ richtung 29, in welche das zu bearbeitende Werkstück 30 eingespannt ist. Die Spanneinrichtung 29 kann in bekann­ ter Weise um eine horizontale Achse drehbar angetrieben werden. Die Werkzeugplattform WP bzw. deren Grundkörper 20 trägt als Werkzeug einen Drehmeißel 25, mit dem das Werkstück 30 im Drehverfahren bearbeitet wird. Die Werk­ zeugplattform WP wird mit den Basiskinematiken der Vor­ richtung während der Drehbearbeitung relativ zum Werk­ stück 30 mit dem gewünschten Bewegungsablauf bewegt. Mit den Basiskinematiken der Vorrichtung läßt sich die Ba­ sisplattform BP und damit die an sie angeschlossene Werkzeugplattform WP in gewünschtem Maße translatorisch bewegen. Da das Werkstück 30 mit seiner Längsachse hori­ zontal angeordnet ist, wird der Drehmeißel 25 in der x-y-Ebene bewegt.
Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung die Möglich­ keit, auch ein stehend angeordnetes Werkstück 30 mit dem Drehmeißel 25 im Drehverfahren zu bearbeiten. In diesem Falle ist die Bearbeitungsstation 28 mit der drehbar an­ treibbaren Spanneinrichtung 29 vertikal angeordnet, so daß das Werkstück 30 um eine vertikale Achse während der Bearbeitung gedreht wird. Die Werkzeugplattform WP, die in der beschriebenen Weise an die Basisplattform BP an­ geschlossen ist, wird mit den Basiskinematiken während des Drehbearbeitungsvorgangen in erforderlichem Maß in der y-z-Ebene bewegt. Dies ist - ebenso wie beim Verfah­ ren der Basisplattform in der x-y-Ebene (Fig. 6) - ein­ fach dadurch möglich, daß die Linearantriebe A1 bis A3 längs der entsprechenden Gestellteile G1 bis G3 in er­ forderlichem Maße verschoben werden.
Fig. 8 zeigt eine Werkzeugplattform WP, die beispielhaft als Laserbearbeitungsplattform 31 ausgebildet ist. Die Energiezuführung erfolgt über eine Leitung 11, die an den Grundkörper 12 der Basisplattform BP angeschlossen ist. Die Leitung 11 ist eine Glasfaser, von der über die Schnittstelle 9 sowie eine Schnittstelle 32 an der Ober­ seite des Grundkörpers 20 die Laserenergie in die Laser­ bearbeitungseinheit 31 eingekoppelt werden kann. Im Grundkörper 20 sind Umlenkspiegel 33 vorgesehen, an de­ nen der Laserstrahl in bekannter Weise zu einem Laserbe­ arbeitungskopf 34 umgelenkt wird. Er ist an der Unter­ seite der Werkzeugplattform WP angeordnet und kann so ausgebildet sein, daß er eine vertikale Drehachse C so­ wie eine hierzu senkrechte Schwenkachse B hat. Die ver­ tikale Drehachse C kann entfallen, wenn die Werkzeug­ plattform WP um eine vertikale Achse drehbar an der Ba­ sisplattform BP angekoppelt ist, wie dies beispielhaft anhand der Fig. 5, 5a erläutert worden ist. In Verbin­ dung mit den beschriebenen Stabkinematiken ergibt sich somit ein Bearbeitungszentrum, mit dem eine fünfachsige Laserbearbeitung ermöglicht wird. Der Laserbearbeitungs­ kopf 34 kann durch den Steuerungsrechner 17 der Basis­ plattform BP angesteuert werden. Es ist grundsätzlich auch möglich, den Laserbearbeitungskopf 34 von einem ge­ sonderten Rechner aus anzusteuern.
Im übrigen ist die Werkzeugplattform WP gleich ausgebil­ det wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispie­ len.
Die Achsen B und C für den Laserbearbeitungskopf 34 kön­ nen bei einer einfachen Ausführungsform entfallen; dann wird die Werkzeugplattform WP von der Basisplattform BP mit der dreiachsigen Bewegungseinheit für eine Bearbei­ tung beispielsweise in der x-y-Ebene geführt.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 wird an die Basis­ plattform BP eine Werkzeugplattform WP angeschlossen, die einen Grundkörper 35 hat, der an seiner Unterseite einen Montagewerkzeugträger 36 aufweist. An ihm ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Greifer 37 ange­ koppelt. Der Montagewerkzeugträger 36 und das Montage­ werkzeug 37 werden über die Schnittstellen 23 und 5 bis 7 mit der jeweils erforderlichen Energie versorgt, die elektrische Energie, Druckluft und dergleichen sein kann. Die Steuerung des jeweiligen Montagewerkzeuges 37 kann über den Rechner 17 oder über einen gesonderten Rechner erfolgen. Die Werkzeugplattform WP wird in der beschriebenen Weise an die Basisplattform BP angeschlos­ sen.
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, den Montagewerkzeugträger 36 um eine vertikale Achse drehbar und/oder um eine hierzu senkrechte Achse schwenkbar ausbilden, wie dies anhand von Fig. 8 für den Laserbearbeitungskopf 34 beschrieben worden ist. Kann die Werkzeugplattform WP um ihre Längsachse gedreht wer­ den, ist die vertikale Drehachse des Montagewerkzeugträ­ gers 36 nicht erforderlich.
Während mit den Vorrichtungen gemäß den Fig. 1 bis 3 die Basisplattform BP lediglich translatorisch verschoben werden kann, ist es mit der Vorrichtung gemäß Fig. 10 möglich, die Basisplattform BP im Raum zur Orientierung, insbesondere um die vertikale Achse C, zu drehen. Längs der Gestellteile G1 bis G3 sind die Linearantriebe A1 bis A3 in z-Richtung verfahrbar. Jedem Linearantrieb A1 bis A3 ist ein Gelenkviereck zugeordnet. Da die Gelenk­ vierecke der drei Linearantriebe Al bis A3 gleich ausge­ bildet sind, wird im folgenden nur das dem Antrieb A1 zugeordnete Gelenkviereck näher beschrieben. Es hat den Stab S1/S1′, der senkrecht zum Gestellteil G1 liegt und drehbar im Linearantrieb A1 gelagert ist. Mit einem Dre­ hantrieb DI kann der Stabteil S1′ um seine Achse gegen­ über dem Stabteil S1 gedreht werden. An seinen Enden ist der Stab S1/S1′ gelenkig mit Stäben S2/S2′ und S4/S4′ verbunden, in denen ebenfalls jeweils ein Drehantrieb D5 und D4 liegt. Mit ihnen können die Stabteile S2′ und S4′ um ihre Achsen gegenüber den anderen Stabteilen S2 und S4 gedreht werden. Parallel zum Stab S1/S1′ liegt der Stab S3/S3′, der die zueinander parallelen Stäbe S2/S2′ und S4/S4′ gelenkig miteinander verbindet. Auch im Stab S3/S3′ sitzt ein Drehantrieb D6, mit dem der Stabteil S3′ gegenüber dem Stabteil S3 um seine Achse gedreht werden kann.
In den Stäben S2/S2′ und S4/S4′ sitzt außerdem jeweils ein aktives Schubgelenk Z1, mit dem die Länge der Stäbe S2/S2′ und S4/S4′ verändert werden kann. Diese Schubge­ lenke Z1 können Kolben-Zylinder-Einheiten, Spindel-Mut­ ter-Systeme und dergleichen sein. Mit den Drehantrieben D1, D4 bis D6 und den Schubgelenken Z1 kann die Basis­ plattform BP in die erforderliche Orientierungslage ver­ stellt werden. Die Basisplattform BP ist gelenkig mit den Gelenkvierecken der Vorrichtung verbunden.
Da auch in den anderen Gelenkvierecken die Drehantriebe D2, D3, D7 bis D12 und die Schubgelenke Z2, Z3 vorgese­ hen sind, läßt sich die Basisplattform BP durch entspre­ chende Betätigung dieser Antriebe in jede gewünschte La­ ge positionieren und im Raum orientieren. Die Basis­ plattform BP kann auf diese Weise im Raum beispielsweise schräg gestellt oder gekippt werden. Auf diese Weise kann die Werkzeugplattform WP mit dem Grundkörper 20 an der Bearbeitungsstation unterschiedliche Werkzeuge zum Einsatz bringen.
Von den Gelenkantrieben D1 bis D12 sind die Gelenkan­ triebe D1 bis D3 aktive Gelenkantriebe, mit denen eine Drehung erzeugt werden kann. Die weiteren Drehantriebe D4 bis D12 bilden passive Gelenkstellen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 ist jeder Linearan­ trieb A1 bis A3 der Gestellteile G1 bis G3 mit jeweils zwei Parallelstabpaaren S1/S2, S1′/S2′; S3/S4, S3′/S4′; S5/S6, S5′/S6′ versehen. Die Stäbe jedes Paares liegen parallel nebeneinander sowie mit vertikalen Abstand von den Stäben des jeweils anderen Paares. Die Stabpaare S1/S2, S3/S4, S5/S6 sind mit ihren einen Enden an der Basisplattform BP angelenkt. Die anderen Stabpaare S1′/S2′, S3′/S4′, S5′/S6′ sind an einem Spindelgehäuse SP angelenkt, das auf der Basisplattform BP angeordnet ist. Die Parallelogrammpaare sind jeweils parallel zu­ einander ausgerichtet und können über Kugelgelenke an ihren freien Enden in den Linearantrieben A1 bis A3 so­ wie in der Basisplattform BP bzw. im Spindelgehäuse SP gelagert sein.
Es können aber auch Kardangelenke eingesetzt werden, wie Fig. 11a beispielhaft zeigt. Die Achslagen der Kardange­ lenke sind hierzu jedoch ebenfalls parallel auszurich­ ten. Das Spindelgehäuse SP trägt einen in Ansicht drei­ eckförmigen Ansatz 38, so daß die Ausrichtung der Kar­ dangelenke bzw. der Stäbe S5/S6 bzw. S5′/S6′ einfach möglich ist. Auch der Lineariantrieb A3 ist mit einem solchen in Ansicht dreieckförmigen Ansatz 38 versehen. Wie Fig. 11a zeigt, sind die einander zugewandten Sei­ tenflächen 39, 40, in denen die Kardangelenke vorgesehen sind, parallel zueinander sowie senkrecht zur Achse der Stäbe ausgerichtet. Im übrigen ist die Vorrichtung gemäß Fig. 11, 11a gleich ausgebildet wie die Vorrichtung ge­ mäß den Fig. 1 und 2.
Die Ausführungsform nach Fig. 12 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach den Fig. 11 und 11a lediglich dadurch, daß die Gestellteile G1 bis G3 nicht vertikal, sondern horizontal angeordnet sind. Diese Gestellteile sind entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 3 stern­ förmig zueinander angeordnet und mit den vertikalen Stützen ST1 bis ST3 auf dem Untergrund abgestützt. Die Linearantriebe A1 bis A3 sind in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 11 und 11a über je­ weils zwei Parallelstabpaare mit der Basisplattform BP und dem Spindelgehäuse SP gelenkig verbunden. Das Spin­ delgehäuse SP enthält die Antriebs- und Spanneinheit, mit der die Werkzeugplattform WP bzw. deren Werkzeuge angetrieben werden. Das Spindelgehäuse SP entspricht so­ mit der Antriebs- und Spanneinheit 1 gemäß den Ausfüh­ rungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 10.
Fig. 13 schließlich zeigt eine Ausführungsform, die im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ent­ spricht. Die Linearantriebe A1 bis A3 sind bei dieser Ausführungsform über jeweils zwei Parallelstabpaare S1/S2, S1′/S2′; S3/S4, S3′/S4′; S5/S6, S5′/S6′ gelenkig mit der Basisplattform BP sowie dem Spindelgehäuse SP verbunden. Im übrigen entspricht diese Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 3.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen werden um den zentralen Bereich der Bearbeitungseinheit bzw. des Bear­ beitungszentrums mit geeigneten Stabkinematiken Bearbei­ tungsstationen, Montagestationen, Werkzeugwechselstatio­ nen, Werkzeugplattformwechselstationen und dergleichen so angeordnet, daß sowohl unterschiedliche Bearbeitungs­ technologien im Arbeitsbereich der Maschine zum Einsatz kommen können als auch Montagevorgänge sowie Werkzeug­ wechsel und Werkzeugplattformwechsel durchgeführt werden können. Die Basisplattform BP ist so gestaltet, daß sie Werkzeugrevolver und andere Werkzeugplattformen aufneh­ men kann, wie dies anhand der verschiedenen Ausführungs­ beispiele erläutert worden ist. Darüberhinaus ist es auch möglich, in die Basisplattform BP Einzelwerkzeuge einzusetzen. Wie beispielsweise Fig. 4a zeigt, kann in die Werkzeugaufnahme 4 nicht nur eine Werkzeugplattform mit einem entsprechenden Aufnahmeelement eingesetzt wer­ den, sondern auch ein Einzelwerkzeug mit seinem Ein­ spannkegel oder sonstigen Aufnahmedorn. Durch die zen­ trale Aufnahmeanordnung der Vorrichtung und die Aus­ tauschbarkeit der Werkzeuge bzw. Werkzeugplattformen können innerhalb eines derartig gestalteten Bearbei­ tungszentrums unterschiedliche Fertigungsverfahren mit ein und derselben Vorrichtung zum Einsatz kommen, wie eine Laserbearbeitung, Fräsen, Drehen, Bohren, Montieren und dergleichen. Die Vorrichtung kann somit als Univer­ salzentrum eingesetzt werden.
Der zentrale Bereich der Maschine mit den Stabkinemati­ ken kann als derjenige zylindrische Bereich definiert werden, der mindestens so groß ist wie derjenige Bereich eines gedachten Zylinders, der sich ergibt, wenn bei neutraler Stellung der Antriebe (Mittelstellung des mög­ lichen Verfahrbereiches) ein Umkreis um die Basisplatt­ form BP gelegt und dieser in z-Richtung bewegt wird und der dieselbe zur z-Achse parallel Zylinderachse hat. Dies ist in den Fig. 2 und 3a in der x-y-Ebene durch die jeweiligen Hüllkurven H bzw. H′ angedeutet worden. Unter Berücksichtigung dieser Zeichnungen kann als zentraler Bereich einer Vorrichtung mit Stabkinematiken auch der­ jenige zylindrische Bereich definiert werden, der minde­ stens so groß ist wie derjenige Bereich eines Zylinders, der in der Projektion in die x-y-Ebene eine Hüllkurve aufweist, deren Lage durch die Stellung der Antriebe in der Mittelstellung des möglichen Verfahrbereiches fest­ gelegt ist als kleinster Umkreis um die Basisplattform BP.

Claims (23)

1. Vorrichtung zur Bearbeitung und Montage von Werk­ stücken, mit einer Basisplattform, die über Stabele­ mente mit Linearantrieben gelenkig verbunden ist, mit denen die Basisplattform verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als zen­ tralen Bereich einen Zylinderbereich aufweist, der mindestens so groß ist wie derjenige Bereich eines gedachten Zylinders, der in der Projektion in die x­ y-Ebene eine Hüllkurve (H, H′) aufweist, deren Lage durch die Stellung der Linearantriebe (A1 bis A3) in der Mittelstellung des möglichen Verfahrbereiches festgelegt ist als kleinster Umkreis um die Basis­ plattform (BP), und daß um diesen zentralen Bereich Stationen (B1 bis B4, WWS, WPW) angeordnet sind, die im Zugriffsbereich der Werkzeuge (W, WP) der Basis­ plattform (BP) liegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Station (B1 bis B4) mindestens eine Bearbeitungsstation für Werkstücke (30) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Station (WWS) min­ destens eine Werkzeugwechselstation ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Station (WPW) minde­ stens eine Werkzeugplattformwechselstation ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplattform (BP) eine Antriebs- und Spanneinheit (1) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplattform (BP) Energieschnittstellen (5 bis 7, 9) zur Energiever­ sorgung der Werkzeugplattform (WP) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplattform (BP) Steuerungsschnittstellen (8) zur Steuerung der Werk­ zeugplattform (WP) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und Spann­ einheit (1) eine Aufnahme (4) für die Werkzeugplatt­ form (WP) oder das Einzelwerkzeug aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplattform (BP) mit einem Steuerungsrechner (17) versehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und Spann­ einheit (1) ein drehbares Abtriebselement (1a) auf­ weist, das von einer Hülse (3c) umgeben ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3c) drehfest mit dem Abtriebselement (1a) kuppelbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3c) drehfest mit einem Grundkörper (12) der Basisplattform (BP) kuppelbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugplattform (WP) als Werkzeugrevolver ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (25, 26) des Werkzeugrevolvers (WP) durch das Abtriebselement (1a) der Antriebs- und Spanneinheit (1) antreibbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Antriebsverbin­ dung zwischen Abtriebselement (1a) und Werkzeug (25, 26) eine Kupplung (19′) sitzt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (19′) ge­ steuert ein- und ausrückbar ist, vorzugsweise über den Steuerungsrechner (17) der Basisplattform (BP).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugplattform (WP) als Laserbearbeitungseinheit (31) ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplattform (BP) über drei Parallelogrammstabpaare (S1/S2; S3/S4; S5/S6) gelenkig mit den Linearantrieben (A1 bis A3) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Linearantieb (A1 bis A3) über jeweils zwei Parallelogrammstabpaare (S1/S2, S1′/S2′; S3/S4, S3′/S4′; S5/S6, S5′/S6′) mit der Basisplattform (BP) und der Antriebs- und Spann­ einheit (1, SP) gelenkig verbunden ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Linearantrieb (A1 bis A3) über jeweils ein Gelenkviereck mit der Ba­ sisplattform (BP) gelenkig verbunden ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gelenkviereck min­ destens einen Drehantrieb (D1 bis D12) und/oder min­ destens ein Schubgelenk (Z1 bis Z3) aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugplattform (WP) zur Drehbearbeitung des Werkstückes (30) ein­ setzbar ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugplattform (WP) als Montagewerkzeug ausgebildet ist.
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