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Verfahren und Maschinensystem zum Behandeln und Bearbeiten von Werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln und bearbeiten von Werkstücken,
insbesondere prismatischen Werkstücken, das sind Werkstücke, deren Maßbezugsebenen
der Bearbeitungsstellen an den Fertigteilen Jeweils den Flächen eines parallelepipeden
Hüllkörpers um die Werkstückfertigteile zuordenbar sind, und ein Maschinensystem
zur Durchführung des Verfahrens.
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Bekannt sind Masohinensysteme fttr das Bearbeiten von Gegenständen
insbesondere nicht rotationssymmetrischer Gegenstände, die aus mehr als zwei Bearbeitungsmaschinen
bzw. Bearbeitungsstationen bestehen und untereinander werkstücktransportverbunden
sind.
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Die Bearbeitungsmaschinen bzw. -stationen sind dabei innerhalb oder
außerhalb des Raumes angeordnet, der sich ergibt, wenn die Werkstückhauptfördereinrichtung
in Form einer an den Enden offenen also erweiterungsfciiiigen Schleife, ausgefUhtt
ist. Die Transportverbindungen von der Werkstückhauptfördereinrichtung zu den einzelnen
Bearbeitungsmaschinen bzw. -stationen und von dort wieder zur Werkstückhauptfördereinrichtung
zurück sind durch Werkstücknebenfördereinrichtungen bewerkstelligt. Die Werkstücke
befinden sich direkt festgespannt, oder durch ein angemessenes Zwischenstück nach
der werkstücktragenden und der transportbewegten Seite hin adaptiert und festgespannt,
auf Werkstückträgern, die zugleich Teil des Werkstü.cktransportmittels sein können.
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Die Werkstückträger oder die werkstückadaptierenden Zwischenstücke
sind mit Identifizierungseinrichtungen ausgestattet und besitzen Adressenvorrichtungen
oder Suchsteuervorrichtungen zugleich. Die Leseeinrichtungen bzw.
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Betätigungsvorrichtungen für die Adressierung und Suchsteuerung der
zu transportierenden Werkstücke - durchweg Werkstücke, die einhüllbar und maßbeziehbar
in/auf einen parallelepeden Hüllkörper sind - zu den einzelnen Bearbeitungsmaschinen
bzw. Stationen hin respektive von dort weg befinden sich an tien Übergangsstellen
der Werkstückhauptfördereinrichtung zu den Werkstücknebenfördereinrichtungen oder
sind an der Strecke der letzteren selbst gelegen. An den Enden der Schleife der
WerkstUckhauptförder einrichtung befindet sich die Werkstückaufgabe- und entnahmestation,
wo gleichfalls das Festspannen und t'rntspannen sowie das Umspannen und gegebenenfalls
auch das Entspänen der Werkstücke manuell oder teilautomatislert vorgenommen wird.
In Flußrichtung der Hauptfördereinrichtung ist in bekannten Maschinensystemen außerdem
eine Waschstation vorhanden zur Reinigung dur Werkstücke vor und/oder nach der Bearbeitung
die meist manuell, seltener automatisiert bedient wird. Die Bearbeitungsmaschinen
können Einzweckwerkzeugmaschinen aber auch Mehrzweckerkzeugmaschinen oder Vierkzeugmaschinen
mit Werkzeugmagazin, auch mit Werkzeugwechselmagazin sein, wobei diese Werkzeugmaschinen
im allgemeinen No-Maschinen sind. Bei lUlufungen von zu bearbeitenden VierkstVcken
an einer Werkzeugmaschine oder Havarie an einer Werkzeugmaschine ist die Steuerung
so ausgelegt, daß ein Weiterleiten der Werkstücke von der technologiebestimmten
Werkzeugmaschine zu einer anderen Werkzeugmaschine gleichen Typs oder anderer Konzeption
erfolgen kann, so daß die optimale 13earbeitungsvariante immer vorherrschend ist.
Desgleichen erlaubt dieses variable Steuerungssystem die optima]e Pearbeitlmg
von mehreren, verschiedenen Werkstücken in
einer Mischung. Die Werkstückbearbeitung
kann in beliebiger technologisch bedingter Reihenfolge durchgefillirt werden und
die Steuerung und damit die Verteilung der Werkstücke auf die Werkzeugmaschinen
des Maschinensystems paßt sich, bezogen auf die technologischen Forderungen, stets
dem Werkstückangehot auf der Werkstückhauptfördereinrichtung an.
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Die Mengen der durchlauf enden Werkstücke in den Bearbeitungssystemen
können dabei ein Teil bis zu tausend Teilen und mehr betragen.
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Der Stand der Technik der vorgenannten Maschinensysteme ist von einem
hohen Grad der Automatisierung gekennzeichnet.
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Nachteilig ist dabei aber noch, daß die Werkstücke in einem Durchlauf
im Maschinensystem insgesamt nur einmal auf gespannt und letztlich von dem WerkstücktrL:ger
oder dem adaptiven Zwischenstück abgespannt werden, wenn von einem evtl. dazwischenliegenden
Umspannen wegen der Bearbeitung an einer weiteren Werkstückseite abgesehen ist.
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Dünnwandige oder ver zugsgefährdete Werkstücke verspannen dabei leicht,
desgleichen wenn sich nach dem Grobbearbeiten noch evtl. innere Spannungen im Werkstück
lösen, und die erreichte Arbeitsgenauigkeit an den Werkstücken im Bearbeitungsprozeß
bleibt nach dem spannen nicht bestehen.
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Das manuelle oder das teilautomatisierte Auf spannen Aufspannen mit
Spannkraftbegrenzung durch Drehmomentsohlüss@l) begünstigt die Veränderlichkeit
der Arbeitsgenauigkeit @@ch, denn die Spannkraftgrenze ist nur nach Gefühl bzw.
als ein Durchschnittswert für alle Spannstel len regelbar.
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Ein weiterer Nachteil ist, daß eine Maßkontrolle bzw.
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Maßstichprobe an den Werkstücken erst nach der Fertigbearbeitung der
Werkstücke im Umfang der technologischen Vorgabe jedes Maschinensystems erfolgt.
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Imine derartige Stichprobenkontrolle bzw. statistische Werkstückmaßkontrolle
läßtkeine Sofortkorrektur bzw. das Wachstellen oder Auswechseln von Werkzeugen oder
Bearbeitungsoinrichtungen zu. Die Sicherstellung der erforderlichen
Bezugstemperatur
für das Messen ist eine weitere Schwierigzeitz die den Beginn der Kontrolle der
Werkstücke zeitbezogen verlängert.
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Zweck der Erfindung ist es, die Arbeitsproduktivitit an Maschinensystemen
bedeutend zu erhöhen und die noch teilweise manuell geführten Bearbeitungsvorgänge
und die Bestimmung der Folge der Bearbeitung von Werkstücken, die in den Maßbezugsflä.chen
der Werkstückfertigteile den Flächen eines parallelepipedem Hüllkörper zuordenbar
bzw.
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imanent sind, nach rein subJektiver technologischer Bewertung auszuschalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln
und ein Maschinensystem zu schaffen zum Bearbeiten und Behandeln von Werkstücken
mit Maßbezugs flächen, die einen parallelepipedischen Füllkörper zuordenbar bzw.
imanent sind, deren einzelne Verfahrensschritte, die an bekannten Vorrichtungen
durch Herstellen von gegenseitigen Wechselwirkungen mit bekannten Vorrichtungen,
die untereinander nicht in Wechselwirkung zueinander stehen, vorgenommen werden,
so zu wählen sind, daß die Qualität der Werkstücke den z. Z. technisch-theoretisch
möglichen Werten unter Beachtung eines betrieblichen Fertigungsprozesses nahekommt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß folgende Verfahrensschritte
ausgeführt werden: Die bekannterweise an der Erstaufspannfläche vorbereiteten Werkstücke
werden a) mindestens zweimal, bei einer durchzufuhrehden Peinstbearbeitung sogar
dreimal maßbezogen zur Werkstücker staufspannflche gemessen, und zwar
aa)
vor Beginn. der Bearbeitung, wo das Aufmaß des Werkstückes genommen wird, ab) nach
der Grobbearbeitung, wo das Ausgangsmaß für die feinbearbeitung genommen wird, ac)
Nach der Feinbearbeitung, wo das Ausgangsmaß für die Feinstbearbeitung genommen
wird, und weiteres b) eine Endmessung der fertig bearbeiteten Werkstücke erfolgt,
ba) nach der Feinbearbeitung, wenn keine Feinstbearbeitung der Werkstücke vorgesehen
ist, und bb) nach der Feinstbearbeitung der Werkstücke, dazu nach bzw. zwischen
Jedem Bearbeitungsprozeß, c) die MWerkstUcke jeweils entspannt und wieder neu gespannt
werden und dabei außerdem d) die Werkstücke entspant und vor Jedem Messen e) die
Werkstücke gereinigt (gewaschen) und auf die Maßbezugstemperatur gekühlt werden.
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Darüber hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch
aus, daß die bei der Aufmaßmessung der Werkstücke erhaltenen Meßwerte manuell oder
automatisch einem Rechner zugeleitet werden für die Umsetzung in Zustellgrößen für
die ersten Bearbeitungsmaschinen der technologischen Bearbeitungsfolge der Werkstücke
und Einrichtung der Steuerung dieser Bearbeitungsmaschinen zufolge der ermittelten
Zustellgrößen.
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Bei eventueller Eeinstbearbeitung wird das ermittelte Meßergebnis
ebenfalls manuell oder automatisch einem Rechner zugeleitet zur Bestimmung der optimalen
Tage des Feinstbearbeitungsprozesses am Werkstück aus der Summe der einzelnen Meßergebnisse
der Au!3enflach- und Innenrundbearbeitung und Einrichten der Steuerung der dazu
erforderlichen Werkzeugmaschine zufolge der ermittelten optimalen Lage der Feinstbearbeitung.
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Nach Jedem spangebenden Bearbeitungsvorgang werden die iZerkstUcke
abhängig von ihrer F rra uiid Gestalt und Lage der Bearbeitung Jeweils mit der von
Rechner bestimmten Richtung und Zahl der Bewegungen entp'nnt.
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Letztlich ist die erfindungsgemäße Lösung noch dadurch gekennzeichnet,
daß vor Jedem Spannen respektiv nach Jedem Entspannen der Werkstücke durch Herabsetzen
der Spannkraft bis auf Null, das Wiederfestspannen der Werkstücke auf dem Werkstückträger
manuell oder automatisch mit einer vom Rechner bestimmten, dem nachfolgenden Bearbeitungsvorgang
entsprechenden erforderlichen Spannkraft durchgeführt wird.
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Das Maschinensystem zur Durchführung des erfindungsgefflc'Lßen Verfahrens
ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Mer kmale: a) die Fördereinrichtung
ist als Doppellängsbahnsystem ausgebildet, der außen jeweils einreihig die Werkzeugmaschinen,
Meß- und Waschstation zugeordnet sind, b) am Eingang des Maschinensystems ist eine
Aufam maßmeßstation und Ausgang eine Endmeßstation angeordnet, während im System
eine Zwischenmeßstation vorgesehen ist,
c) am Eingang des Maschinensystems
ist eine Speicherzone mit mehreren Ein-, Ausgabe- und Spannplätzen für Werkstückträger
angeordnet, d) die Werkzeugmaschinen sind nach Grob-, ein- und Feinstbearbeitungsstationen
gegliedert, wobei sich diese Stationen auf verschiedenen Seiten des Maschinensystems
befinden e) die Peinstbearbeitungsstation ist am Ende des Maschinensystems angeordnet,
f) der Feinstbearbeitungsstation sind räumlich Wasch- und Kühlstationen zugeordnet,
g) jede Werkzeugmaschine besitzt einen Warteplatz zum Zwischenspeichern von Werkstückträgern,
h) außerdem besitzen einige Werkzeugmaschinen eine Entspäneinrichtung sowie eine
Spanneinrichtung für das Ent- und Neuspannen der Werkstücke auf den Werkstückträgern.
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Vorteilhaft ist, daß die Längsbahn der Fördereinrichtung Querförderer
aufweist und an bestimmten Querförderern die Werkzeugmaschinen, Meß-, Kühl- und
Waschstationen vorgesehen sind.
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Besonders günstig sind in der Förderbahn der Fördereinrichtung Luftdüsen
zum Erzeugen eines lfuftkissens für das Tragen der Werkstückträger und elektrische
Linearmotoren zum Fortbewegen der Werkstückträger angeordnet.
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Weiterhin sind die Meßstationen automatisch gesteuert und ihre Tleßergebnisse
werden dem Steuerrechner übertragen.
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Zum Transport bestimmter Informationen zwischen den Meßstationen,
bestimmten Werkzeugmaschinen, dem Steuerrechner und weiteren Stationen und 1lätzen
ist eine Rohrpostanlae vorgesehen;
Für einen sicheren Betrieb ist
das Maschinensystem paarweise mit einigen Werkzeugmaschinen und Stationen ausgeriistet
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden. Dazu wird das erfindungsgemäße Verfahren zunächst anhand
eines Maschinensystems zur lurchführung des Verfahrens erklärt. Aus der Funktion
des Maschinensystems sind dann Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens zu
entnehmen In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Maschinensystems
schematisch dargestellt.
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Eine Fördereinrichtung 1 für auf Werkstückträgern (nicht gezeichnet)
gespannte Werkstücke ist als Doppellängsbahn ausgebildet, um die Jeweils einreihig
außenherum die Werkzeugmaschinen 2 bis 8 angeordnet sind.
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Aus Gründen der günstigen räumlichen Nutzung sind dabei die Werkzeugmaschinen
2 bis 8 in Parallellage der das schinentische zur Längsachse der Fördereinrichtung
1 angeordnete Die Yrerkzeugmaschinen 2 bis 8 sind numerisch gesteuert und informationsmäßig
mit einem zentralen Bedienstand mit einem Steuerrechner 9 verbunden (in Zeichnung
durch Strichlinien angedeutet). Weiterhin sind Meßstationen 10 bis 12 vorgesehen
und zwar am Eingang des Maschinensystems eine Aufmaßmeßstation 10, im Bereich des
Ausgangs eine Endmeßstation 11 und im Maschinensystem eine Zwischenmeßstation 12.
Diese Meßstation 10 bis 12 sind automatisch gesteuert. Vor der Zwischenmeßstation
12 sind des weiteren Wasch- und Kilhlstationen 13 angeordnet.
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Am Eingang des Maschinensystems ist eine Speicherzone 14 vorgesehen,
die Ein- und Ausgabeplätze 14.1 für die Werkstückträger aufweist. Dieser Speicherzone
14 sind auch Spannplätze 14.2 für das Pe- und Entspannen der Werkstücke auf den
Werkstückträgern zugeordnet.
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Die Werkzeugmaschinen 2 bis 8 sind in eine Grobbearbeitungsstation
15, eine Feinbearbeitungsstation 16 und eine et Feinbearbeitungsstation 17 aufgegliedert,
wobei sich
diese Stationen an verschiedenen Seiten des Maschinensystems
befinden, Dadurch wird eine weitgehende Entkopplung der Werkzeugmaschinen des Systems
von Bearbeitungsschwingungen und dgl erreicht. Aus diesen Gründen ist auch die Peinstbearbeitungsstation
17 am hintersten Ende des Systems angeordnet.
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Den Werkzeugmaschinen 2 bis 8 sind die zwei Wasch- und Kühlstationen
13 zugeordnet, die eine programmgesteuerte Reinigung und Kühlung der Werkstücke
vor den Meßvorgängen ermöglichen. Da nur die Feinstbearbeitungsstation 17 als Naßstation
mit ICühlflüssigkeit arbeitet, sind die Kühlstationen 13 zweckmäßig der Feinstbearbeitungsstation
17 räumlich zugeordnet. Damit wird eine günstige räumliche Zusammenfassung der Kühlmittelaufbereitungsstation
und des Behälter- und Leitungssystems erreicht.
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Die Längsbahnen der Fördereinrichtung i weisen Querförderer 1.1 auf.
An einigen dieser Querförderer 1.1 sind die Werkzeugmaschinen 2 bis 8, die Meßstationen
10 bis 12 und die Wasoh- und Kühlatationen 13 angeordnet. Die einzelnen Stationen,
insbesondere die Werkzeugmaschinen 2 bis 8 sind dabei an die Querförderer 1.1. rechtwinklig
angeschlossen, so daß ein Warteplatz 18 für die Zwischenspeicherung eines Werkstückträgers
zusätzlich entsteht T)en Warteplätzen 18 sind des weiteren Spannstationen 19 zugeordnet,
mit deren Hilfe die Werkstücke auf den Werkstückträgern entspannt und wieder gespannt
werden.
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Vor den Werkzeugmaschinen 2 bis 6 sind des weiteren Entspäneinrichtungen
20 für das Entspänen der Werkstücke mit den Werkstückträgern vorgesehen.
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eine vor den Werkzeugmaschinen 2 bis 8 und den Meßstationen 10 bis
12 jeweils angeordnete Leseeinrichtung (nicht dar gestellt) kann Adr es senangaben
der Werkstücktr äger ablesen und dem Steuerrechner 9 übertragen, wodurch die Arbeit
des Maschinensystems in- der
richtigen Reihenfolge überwacht wird,
Wie bereits erwähnt, sind
die Meßstationen 10 bis 12 automatisch gesteuert. Sie sind informationsmäßig mit
dem zentralen Bedienungsstand und dem Steuerrechner 9 sowie einigen Werczeugmaschinen
verbunden (in Zeichnung durch Strichlinien angedeutet)¢ Für den Transport von externen
Informationen mit Originalbelegen (z. B. echnerausdrucke) ist eine Rohrpostanlage
(nicht dargestellt) vorgesehen, die die Meßstationen 10 bis 12, den zentralen Bedienstand,
die Spannplätze 14.2 sowie weitere Arbeitsräume, z. B. den Werkzeugvoreinstellraum,
miteinander verbindet. Dadurch ist auch die verschlüsselungsfreie Übertragung von
Irimärdaten möglich, wodurch bei geringstem technischen Aufwand eine weitgehende
Fehlerfretheit gewährleistet ist.
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Die Förderbahn der T'ördereinrichtung 1 wie die Querförderer 1.1 weisen
Luftdüsen auf (nicht gezeichnet), die abschnittsweise zu- und abgeschaltet werden
können und dadurch ein Luftkissen für das Tragen der Werkstückträger erzeugen, Weiterhin
sind in der Förderbahn elektrische Linearmotoren angeordnet, mit deren Hilfe Bewegungs-
und Bremsimpulse für die Bewegung und Abbremsung der WerkstUckträger hervorgerufen
werden. Damit ist mit geringstem Aufwand eine individuelle Steuerung einzelner Werkstückträger
zu beliebigen Positionierplätzen gesichert, wobei auch beliebige Bewegungsrichtungen
realisierbar sind.
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Entsprechende Weichensteuerungen sorgen mit dafür, daß der Werkstückträger
den vorprogrammierten Positionierplatz, beispielsweise den Arbeitstisch einer Werkzeugmaschine
2 bis 8, erreicht.
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Die Runktion ist viie folgt: Auf den Spannplätzen 14 2 der Speicherzone
14 werden die Werkstücke auf die Werkstückträger gespannt und in die Fördereinrichtung
1 des Systems eingegeben. Nach dem Singeben in das System passieren die Werkstückträger
zunächst die Aufmaßneßstation 9, wo das Bearbeitungsaufmaß
der
einzelnen Werkstücke gemessen wird. Das festgestellte Bearbeitungsaufmaß wird dem
Steuerrechner 9 übertragen, wo die optimale Zustellgröße für die Werkzeugmaschinen
2 bis 4 der Grobbearbeitungsstation 15 ermittelt wird.
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Nun werden die Werkstückträger den Werkzeugmaschinen 2 bis 4 der Grobbearbeitungsstation
15 zugeführt und entsprechend der vom Steuerrechner 9 übertragenen Informationen
bearbeitet. Während des Bearbeitungsvorganges kann bereits ein nächster Werkstückträger
auf den åeweiligen Warteplatz 18 der Werkzeugmaschine transportiert und vor gespeichert
werden0 Nach Beendigung der Bearbeitung auf Jeder Werkzeugmaschine 2 bis 4 der Grobbearbeitungsstation
15 werden die Werkstücke in der Entspäneinrichtung 20 entspänt und über Speicherplätze
oder direkt zum Warteplatz 18 der Folgemaschine transportiert und in der Jeder Werkzeugmaschine
zugeordneten Spannstation 19 ent- und neu gespannt, wobei eine Spannkraft angewendet
wird, die Jeweils dem nachfolgenden Bearbeitungsvorgang angepaßt ist. Diese Spannkraft
ist entweder fest oder wird jeweils vom Steuerrechner 9 optimiert und vorgegeben.
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Nach Beendigung der Bearbeitung der Werkstücke in der Grobbearbeitungsstation
15 werden die Jeweiligen Werkstückträger einer Wasch- und Kühlstation 13 zugeführt,
wo die Werkstücke gewaschen und gekühlt werden. Diese Kühl- und Waschprozesse sind
auf die Jeweiligen Werkstücke angepaßt uhd vom Steuerrechner 9 optimiert, so daß
die unterschiedlichen Werkstücke auf eine gemeinsame Bezugstemperatur rückgekühlt
werden können.
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Die gekühlten und gewasQhenen Werkstücke können nun der Zwischenmßstation
12 zugeführt werden. Dabei werden die ITeßergebnisse über den Steuerrechner 9 der
Feinbearbeitungsstation 16 mit den Werkzeugmaschinen 5 und 6 zur Bestimmung der
Zustellgröße übertragen. Nach dem Abschluß der Yeinbearbeitung werden die Werkstücke
abermals entspänt und ent- und gespannt und einer Wasch- und Kühlstation 13 zugeführt.
Sollen bestimmte Werkstücke noch
einer Feinstbearbeitung, z. B.
einem Schleifvorgang unterzogen werden, so werden sie wieder der Zwischenmeßstation
12 zur Ermittlung des Schleifaufmaßes zugeführt und anschliessend den Werkzeugmaschinen
7 und/oder 8 der Feinstbearbeitungsstation 17 zugeleitet. Dabei wird vom Steuerrechner
9 die optimale Lage der Werkstuecke für den Schleifprozeß vorgegeben.
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Nach Abschluß der Bearbeitungsvorgänge werden die Werkstücke abermals
gewaschen und gekühlt und zur Endmeßstation 11 gefördert. Dort werden die Abmaße
des fertig bearbeiteten Werk stückes ermittelt und diesen über Steuerrechner 9 und
Rohrpostanlage in Form eines Qualitätspassen mitgegeben.
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In der Speicherzone 14 können die V'rkstUcke zwischen den einzelnen
Bearbeitungsvorgängen sowie am Ende der Bearbeitung zwischengespeichert werden.
Über die Bin-und Ausgabeplätze 14.1 der Speicherzone 14 werden die Werkstücke nach
dem Entspannen entnommen.