DE19919647C2 - Werkzeugmaschine mit einem Manipulator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Werkstückträger zum Einspannen eines zu bearbeitenden Werkstückes und einem Spindelkopf, in dem eine drehangetriebene Werkzeugspindel gelagert ist, in die Werkzeuge zur Bearbeitung der Werkstücke einspannbar sind, sowie einer Vorrichtung zur Entnahme und zum Halten des in dem Werkstückträger fertig bear­ beiteten Werkstückes für eine weitere Bearbeitung.

Eine derartige Werkzeugmaschine ist aus der EP 0 368 996 B1 be­ kannt.

Die bekannte Werkzeugmaschine ist eine Fahrständermaschine, auf deren Maschinenbett eine Spannvorrichtung für Werkstückstangen angeordnet ist. Die Spannvorrichtung ist mit einem Drehantrieb versehen, so daß eine Werkstückstange auf allen vier Längssei­ ten mittels eines in die Werkzeugspindel eingespannten Werkzeu­ ges bearbeitet werden kann.

In Längsrichtung der Werkstückstange ist auf dem Maschinenbett eine Greif- und Schwenkeinheit vorgesehen, die auf einem eige­ nen Kreuzschlitten gelagert ist. Sobald die vier Längsseiten des Werkstückes fertig bearbeitet sind, fährt der Kreuzschlit­ ten auf das Werkstück zu und spannt dieses in sein Backenfutter ein. Danach wird das Werkstück von der Stange abgetrennt und der Kreuzschlitten ein Stück zurückgefahren. Das Backenfutter wird jetzt um 190° nach oben geschwenkt, so daß die Schnitt­ seite von oben mittels eines Fräswerkzeuges bearbeitet werden kann.

Eine Bearbeitung der der Trennseite gegenüberliegenden Stirn­ seite ist mit dieser Maschine nur begrenzt möglich.

Um diesem Problem abzuhelfen, offenbart die DE 196 35 258 C1 eine vergleichbare Werkzeugmaschine, bei der die Spannvorrich­ tung jedoch um eine quer zur Längsachse der Werkstückstangen verlaufende Achse schwenkbar ist. Auf diese Weise ist es mög­ lich, die vier Längsseiten sowie die von der Spannvorrichtung abgelegene Stirnseite des Werkstückes zu bearbeiten.

Nachdem diese fünf Seiten bearbeitet wurden, wird mittels einer in die Werkzeugspindel einspannbaren Kreissäge das Werkstück größtenteils von der restlichen Werkstückstange abgetrennt.

Daraufhin wird die Spannvorrichtung wieder in ihre horizontale Lage gefahren, so daß die Greif- und Schwenkeinheit vorfahren und das Werkstück an der nun bearbeiteten Stirnseite ergreifen kann. Daraufhin wird das Werkstück vollständig abgetrennt, wor­ aufhin - wie oben beschrieben - auch die sechste Seite bearbei­ tet werden kann.

Zwar ermöglicht die aus der DE 196 35 258 C1 bekannte Werkzeug­ maschine die Bearbeitung von sechs Seiten eines Werkstückes, es sind jedoch sehr viele Zwischenschritte erforderlich, was zum einen dazu führt, daß die Werkstückbearbeitung sehr zeitaufwen­ dig ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die Übergabe des Werkstückes in ein genormtes Spannfutter Genauig­ keitsprobleme auftreten, denn das Spannfutter ist nicht an die Außenkontur des Werkstückes angepaßt.

Ein weiterer Nachteil bei den beiden insoweit beschriebenen Werkzeugmaschinen besteht darin, daß sie konstruktiv sehr auf­ wendig sind, denn es müssen zwei exakt einstellbare Schwenkvor­ richtungen vorgesehen sein, von denen die erste eine Bearbei­ tung der fünften Seite und die zweite eine Bearbeitung der sechsten Seite ermöglicht.

Die EP 0 088 645 A1 beschreibt eine Werkzeugmaschine mit einem Werkstückträger, in den ein Werkstück einspannbar ist. In einer Hauptspindel ist ein Fräswerkzeug angeordnet, mit dem das Werk­ stück an fünf Seiten bearbeitet werden kann. Ferner ist ein Ma­ nipulator vorgesehen, über den das an 5 Seiten bearbeitete Werkstück aus dem Werkstückträger entnommen und in eine Werk­ stückdrehvorrichtung eingesetzt werden kann. Nach dem Drehen des Werkstückes um 180° wird dieses erneut mit dem Manipulator ergriffen und in den Werkstückträger wieder eingespannt, so daß jetzt diese nächste Seite des Werkstückes bearbeitet werden kann.

Aufgrund der diversen Umspannarbeiten zwischen der Bearbeitung der ersten fünf Seiten sowie der Bearbeitung der sechsten Seite ist bei der bekannten Werkzeugmaschine die Bearbeitungsgenauig­ keit und -geschwindigkeit gering.

Aus der DE 34 40 762 C2 ist noch ein um eine Hochachse schwenk­ barer Manipulator bekannt, mit dem Werkstücke zwischen einer Vorratsposition und einer Bearbeitungsposition transportiert werden können. Der Manipulator weist einen Greifer mit an das Werkstück angepaßten Spannbacken auf.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, die eingangs erwähnte Werkzeugmaschine derart weiterzu­ bilden, daß die Bearbeitungsgeschwindigkeit und -genauigkeit auf konstruktiv einfache Weise erhöht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der eingangs erwähnten Werkzeugmaschine dadurch gelöst, daß die Vorrichtung einen Ma­ nipulator zum Verfahren eines Greifers, durch den ein in dem Werkstückträger fertig bearbeitetes Werkstück entnehmbar ist, sowie eine Spannstation aufweist, in die der das Werkstück hal­ tende Greifer einsetzbar ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Wei­ se vollkommen gelöst.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich erkannt, daß für die Übergabe des fertig bearbeiteten Werkstückes ein Manipulator, also eine Art Roboterarm, eingesetzt werden kann, obwohl sowohl die Verfahrgenauigkeit als auch die Haltekräfte bei derartigen Manipulatoren für eine Bearbeitung mittels eines Fräswerkzeuges in der gewünschten Genauigkeit nicht ausreichen. Aus diesem Grunde wurden bisher derartige Manipulatoren nicht dazu verwendet, Werkstücke während der Bearbeitung zu halten. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Spannstation können diese Nachteile des ansonsten sehr preiswert und einfach aufgebauten Manipulators jedoch dadurch beseitigt werden, daß der Greifer des Manipulators in der Spannstation eingespannt wird. Dies be­ deutet, daß eine in einer vorgegebenen Ausrichtung angeordnete Spannstation für die Genauigkeit sowie für die erforderlichen Haltekräfte sorgt, während das reine Handling durch den Manipu­ lator erfolgt.

Auf diese Weise können auch die verschiedenen Zwischenschritte vermieden werden, die im Stand der Technik für eine 6-Seiten- Bearbeitung üblich sind. Der Manipulator ergreift das Werkstück in einer beliebigen Lage, woraufhin dieses von der Werkstück­ stange vollständig abgetrennt werden kann. Danach verschwenkt der Manipulator das Werkstück so, wie es für die nächste Bearbeitung benötigt wird, und legt dann seinen Greifer in die Spannstation ein, wo dieser entsprechend verspannt wird.

Dabei ist es bevorzugt, wenn der Manipulator einen um eine Hochachse schwenkbaren Ausleger aufweist, an dem der Greifer um eine quer zur Hochachse verlaufende Drehachse schwenkbar gela­ gert ist.

Hier ist von Vorteil, daß das Werkstück horizontal auf einfache Weise aus dem Werkstückträger entnehmbar ist. Der Greifer ver­ schwenkt das Werkstück dann zunächst um 90° und fährt dann seitlich in die Spannstation, wo er arretiert wird. Nachdem in dieser Aufspannung die fünfte Seite bearbeitet wurde, fährt der Greifer aus der Spannstation heraus, dreht das Werkstück um 180° und fährt wieder in die Spannstation ein, so daß nunmehr die sechste Seite bearbeitet werden kann.

Auf diese Weise ist eine 6-Seiten-Bearbeitung möglich, ohne daß auch nur ein Schwenkantrieb erforderlich ist, um ein zur Bear­ beitung eingespanntes Werkstück um 90° so zu drehen, daß dessen Stirnseite bearbeitet werden kann.

Weiter ist es bevorzugt, wenn der Ausleger in Richtung der Hochachse höhenverstellbar ausgebildet ist.

Diese Maßnahme bringt einen erheblichen Zeitvorteil mit sich, denn die Werkstücke können auch vertikal entnommen werden, so daß bei Werkstückträgern mit Schwenkantrieb auf ein Zurück­ schwenken der Spannvorrichtung vor der Entnahme des Werkstückes verzichtet werden kann.

Allgemein ist es bevorzugt, wenn die Spannstation an eine Außenkontur des Greifers angepaßte Spannbacken zum Zentrieren und Halten des Greifers aufweist.

Durch diese Maßnahme lassen sich erhebliche Genauigkeitsvortei­ le erzielen, denn durch exakt an die Außenkontur des Greifers angepaßte Spannbacken kann dafür gesorgt werden, daß der Grei­ fer auf reproduzierbare Weise exakt zentriert und positioniert wird. Durch die aneinander angepaßten Konturen wird dafür ge­ sorgt, daß auch bei schneller spanabhebender Bearbeitung das Werkstück lagerichtig ausgerichtet bleibt.

Weiter ist es bevorzugt, wenn der Greifer auswechselbare, an eine Außenkontur des Werkstückes angepaßte Backen aufweist.

Diese Maßnahme führt noch einmal zu einer Erhöhung der Genauig­ keit, denn durch angepaßte Backen läßt sich das Werkstück noch deutlich sicherer halten als durch Normbacken. Diese Maßnahme hat aber auch konstruktive Vorteile, denn bei einem Übergang zur Bearbeitung eines Werkstückes mit anderer Geometrie müssen lediglich die Backen des Greifers neu angepaßt werden, sämtli­ che anderen Aggregate der Werkzeugmaschine bleiben unverändert, ohne daß die Genauigkeit oder Bearbeitungsgeschwindigkeit lei­ det.

Allgemein ist es noch bevorzugt, wenn der Werkstückträger eine quer zur Hochachse schwenkbare Spannvorrichtung aufweist, durch die das Werkstück in einer vertikalen Ausrichtung zur Bearbei­ tung seiner von der Spannvorrichtung abgelegenen Seite bringbar ist.

Diese Maßnahme, die bereits aus der DE 196 35 258 C1 bekannt ist, ermöglicht die Bearbeitung von fünf Seiten in einer einzi­ gen Aufspannung. Der Manipulator ergreift nach der Bearbeitung der fünften Seite das vertikal ausgerichtete Werkstück, das daraufhin von der Werkstückstange abgetrennt wird. Danach ver­ schwenkt der Manipulator zu der Spannstation, wobei er gleich­ zeitig den Greifer um 180° dreht. In dieser Stellung wird der Greifer in die Spannstation eingespannt, woraufhin jetzt die sechste Seite des Werkstückes nach oben weist, so daß es bear­ beitet werden kann.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der bei­ gefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinatio­ nen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der neuen Werkzeug­ maschine;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine aus Fig. 1, ebenfalls in schematischer Ansicht;

Fig. 3 eine Darstellung wie Fig. 2, jedoch mit um 90° ver­ schwenktem Werkstück;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen in eine Spannstation ein­ gespannten Greifer; und

Fig. 5 den Greifer aus Fig. 4 in isolierter Darstellung.

In Fig. 1 ist mit 10 allgemein eine dort sehr schematisch in einer Seitenansicht gezeigte Werkzeugmaschine bezeichnet, die ein Maschinenbett 11 aufweist.

Auf dem Maschinenbett 11 ist ein Fahrständer 12 angeordnet, an dem ein Spindelkopf 14 gelagert ist. Der Spindelkopf 14 ist in üblicher Weise in den drei Raumrichtungen bezogen auf das Ma­ schinenbett 11 verfahrbar.

In dem Spindelkopf 14 ist drehangetrieben eine Werkzeugspindel 15 gelagert, in die Werkzeuge 16 zur Bearbeitung eines Werk­ stückes 18 einsetzbar sind, das in einem Werkstückträger 19 ge­ halten ist.

Der Werkstückträger 19 umfaßt eine Spannvorrichtung 21, in die das Werkstück 18 eingespannt ist. Die Spannvorrichtung 21 ist um eine bei 22 angedeutete Schwenkachse so verschwenkbar, wie dies durch einen Pfeil 23 angedeutet ist. In der in Fig. 1 ge­ zeigten Aufspannung wird das Werkstück 18 an seiner von der Spannvorrichtung 21 abgelegenen Seite 24 bearbeitet.

Neben dem Werkstückträger 19 ist auf dem Maschinenbett 11 eine Vorrichtung 26 zur Entnahme und zum Halten eines in der Spann­ vorrichtung 21 fertig bearbeiteten Werkstückes 18 angeordnet. Diese Vorrichtung 26 umfaßt einen Manipulator 27, der an seinem äußeren Ende einen Greifer 28 trägt. Hinter dem Manipulator 27 ist noch eine Spannstation 29 angedeutet, in die der Greifer 28 auf noch zu beschreibende Weise einspannbar ist.

Schließlich ist in Fig. 1 rechts neben dem Manipulator 27 noch eine Ablagestation 31 angedeutet, auf der der Manipulator 27 fertig bearbeitete Werkstücke 18 ablegt.

Der Manipulator 27 umfaßt einen Ausleger 33, der an einem Pfo­ sten 34 um eine quer zur Schwenkachse 22 verlaufende Hochachse 35 schwenkbar gelagert ist, wie dies durch einen Pfeil 36 ange­ deutet wird. Der Greifer 28 ist um eine Drehachse 38, die quer zur Schwenkachse 22 sowie zur Hochachse 35 verläuft, schwenkbar an dem Ausleger 33 gelagert, wie dies durch einen Pfeil 39 an­ gedeutet ist.

Fig. 2 zeigt die Werkzeugmaschine aus Fig. 1 in einer Drauf­ sicht, wobei der Spindelkopf 14 sowie die Werkzeugspindel 15 lediglich gestrichelt angedeutet sind.

In Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Spannvorrichtung 21 an einem Sockel 41 gelagert ist, an dem ebenfalls ein Motor 42 zum Ver­ schwenken der Spannvorrichtung 21 um die Schwenkachse 22 vorge­ sehen ist.

Die Spannstation 29 weist zwei aufeinanderzubewegbare Spann­ backen 44 auf, die aufeinanderzuweisend jeweils eine gewölbte Fläche 45 besitzen, die in ihrer Kontur an eine bei 46 angedeu­ tete Außenkontur des Greifers 28 angepaßt ist.

Zwischen den Spannbacken 44 ist eine Vertiefung 47 vorgesehen, so daß der Greifer 28 zwischen die Spannbacken 44 eingelegt werden kann, ohne daß ein ggf. nach unten vorstehendes Werk­ stück 18 verschoben wird bzw. in Kontakt mit einer Auflage­ fläche 48 für die Spannbacken 44 gerät.

Bevor die Spannvorrichtung 21 in die in den Fig. 1 und 2 ge­ zeigte Stellung geschwenkt wird, in der das Ende 24 des Werk­ stückes 18 zur Bearbeitung nach oben zeigt, befindet sie sich in der in Fig. 3 gezeigten Stellung, in der Längsseiten 49 des Werkstückes 18 bearbeitet werden können. In Fig. 3 ist zu er­ kennen, daß das Werkstück 18 Teil einer langen Werkstückstange ist, die in Fig. 3 von links nach rechts schrittweise durch die Spannvorrichtung 21 durchgeschoben wird.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung wurden die Längsseiten 49 sowie die Stirnseite 24 des Werkstückes 18 bearbeitet, so daß es nunmehr von der Werkstückstange abgetrennt werden kann.

Dazu ergreift der Manipulator 27 das Werkstück 18 mit seinem Greifer 28, woraufhin dann das in Fig. 1 gezeigte Werkzeug, das eine Kreissäge ist, das Werkstück 18 von der verbleibenden Werkstückstange abtrennt.

Der Manipulator 27 schwenkt dann in Richtung des Pfeiles 36 zur Seite, wobei er gleichzeitig den Greifer 28 um die Drehachse 38 verdreht, so daß die Stirnseite 24 des Werkstückes 18 nunmehr nach unten zeigt.

Sobald der Greifer 28 über der Spannstation 29 angekommen ist, wird er zwischen die Spannbacken 44 abgesenkt, die dann aufein­ anderzufahren und den Greifer 28 so unverrückbar arretieren. Diese Situation ist im vergrößerten Ausschnitt in der Fig. 4 gezeigt.

In Fig. 4 ist zu erkennen, daß die Spannbacken 44 an Backen 50 des Greifers 28 angreifen und diese zentrieren sowie gleichzei­ tig auf die Auflagefläche 48 drücken.

Die Backen 50 weisen dabei eine Kontur 51 auf, die an die Außenkontur des Werkstückes 18 angepaßt ist. Die Kontur 51 ist in Fig. 5 besser erkennbar, wo der Greifer 28 ohne Spannstation 29 dargestellt ist.

Zurückkehrend zu Fig. 4 ist dort noch eine weitere Haltebacke 53 gezeigt, die zur noch besseren Zentrierung und Haltung des Greifers 28 eingesetzt werden kann.

Mit 54 sind in Fig. 4 Druckluft- oder Pneumatikschläuche ge­ zeigt, durch die die Backen 50 des Greifers 28 auf- und zube­ wegt werden. Die dadurch aufbringbaren Spannkräfte sind relativ gering, sie reichen jedoch aus, damit sich das Werkstück beim Verfahren zwischen der Spannvorrichtung 21 sowie der Spann­ station 29 nicht bezüglich seiner Lage verändert. Sobald der Greifer 28 in die Spannstation 29 eingeklemmt wurde, üben jetzt die Spannbacken 44 Druck auf die Backen 50 aus, wodurch das Werkstück 18 sicher in den Backen 50 gehalten wird.

Claims (6)

1. Werkzeugmaschine mit einem Werkstückträger (19) zum Ein­ spannen eines zu bearbeitenden Werkstückes (18) und einem Spindelkopf (14), in dem eine drehangetriebene Werkzeug­ spindel (15) gelagert ist, in die Werkzeuge (16) zur Bear­ beitung der Werkstücke (18) einspannbar sind, sowie einer Vorrichtung (26) zur Entnahme und zum Halten des in dem Werkstückträger (19) fertig bearbeiteten Werkstückes (18) für eine weitere Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (26) einen Ma­ nipulator (27) zum Verfahren eines Greifers (28), durch den ein in dem Werkstückträger (19) fertig bearbeitetes Werkstück (18) entnehmbar ist, sowie eine Spannstation (29) aufweist, in die der das Werkstück (18) haltende Greifer (28) verfahrbar und ein­ spannbar ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Manipulator (27) einen um eine Hochachse (35) schwenkbaren Ausleger (33) aufweist, an dem der Greifer (28) um eine quer zur Hochachse (35) verlaufende Drehachse (38) verschwenkbar gelagert ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (33) in Richtung der Hochachse (35) höhenverstellbar ausgebildet ist.

4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstation (29) an eine Außen­ kontur (46) des Greifers (28) angepaßte Spannbacken (44) zum Zentrieren und Halten des Greifers (28) aufweist.

5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer (28) auswechselbare, an eine Außenkontur (51) des Werkstückes (18) angepaßte Backen (50) aufweist.

6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger (19) eine quer zur Hochachse (35) schwenkbare Spannvorrichtung (21) aufweist, durch die das Werkstück (18) in eine vertikale Ausrichtung zur Bearbeitung seiner von der Spannvorrichtung (21) abge­ legenen Seite (24) bringbar ist.