DE2640256A1

DE2640256A1 - Selbstanpassende tast-vorrichtung fuer arbeitsmaschinen

Info

Publication number: DE2640256A1
Application number: DE19762640256
Authority: DE
Inventors: Auria Antonio Dr Ing D
Original assignee: Olivetti SpA
Current assignee: Olivetti SpA
Priority date: 1975-09-03
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1977-03-10
Also published as: SE428183B; CH621503A5; NO151851B; NO763023L; FR2322694B1; JPS5815253B2; DE2640256C2; SE7609601L; GB1566444A; FR2322693A1; JPS5232184A; CH613648A5; CA1084735A; NO151851C; FR2322693B1; GB1566443A; NO150389B; SU878184A3; DE2640257C2; US4145802A

Description

PATENTANWÄLTE

körner <L

D-1 BERLIN-DAHLEM 33 · PODÖIELSKIALLEE D-8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 49

Ing. C. Olivetti & Co., S.p.A. berlin: d.pl.-ing. r. müller-börner

MÜNCHEN: DIPL.-ΙΝβ. HANS-HEINRICH WEY DIPL.-ING. EKKEHARD KÖRNER

Berlin, 2. September 1976

'Selbstanpassende Tast-Vorrichtung für Arbeitsmaschinen" (Italien, Nr. 69 197-A/75 vom 3. September 1975)

Anlage

' 18 Seiten Beschreibung 17 Patentansprüche 5 Blatt Zeichnungen

BERLIN: TELEFON (03O) S 31 2O88 N994 -TELEX O1 84OS7 709810/0423

MÜNCHEN: TELEFON (O89) 225585 KABEL: PROPTNDUS · TELEX 0524244

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine selbstanpassende Test-Vorrichtung für Arbeitsmaschinen mit einem Arbeitskoof, der mit einer gewissen Annäherung in bezug auf eine vorbestimmte Stellung auf einem Werkstick, auf dem er wirken soll, eingestellt werden kann, und mit einem Werkzeug, das in diese Stellung des Werkstücks eingreifen kann. Die Erfindung betrifft ein automatisches Werkzeug, das mindestens einen Arbeitsgang an einem Werkstück vornehmen kann und eine Einrichtung zum Halten des Werkstücks, einen Arbeitskopf mit einem Werkzeughalter und eine Steuereinrichtung zum Auslösen einer Relativbewegung zwischen der Halte-Einrichtung und dem Arbeitskonf aufweist.

Das Werkzeug kann insbesondere eine Werkzeugmaschine wie beispielsweise ein sogenanntes BearbeitungsZentrum mit mehr als einem Arbeitskoof sein.

In Eearbeitungszentren sehr hoher Genauigkeit wird die Relativbewegung zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und einem gegebenen Arbeitskopf mit Hilfe einer sehr teuren Ausrüstung unter numerischer Steuerung geführt, die sehr hohe Genauigkeit gewährleistet. Diese Bearbeitungszentren arbeiten zufriedenstellen mit Arbeitsköpfen, die mit Werkzeugen beispielsweise zum Bohren ausgerüstet sind, sie können jedoch nicht für Arbeitsköpfe zum Einnässen oder Zusammensetzen eingerichtet werden, in denen eine vorbestimmte Stellung genau erreicht werden muß, beispielsweise um zwei mechanische Teile ineinander einzulassen oder miteinander zu verbinden.

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Es sind bereits automatische Werkzeuge vorgeschlagen worden, die in der Lage sind, ein bestimmtes Werkzeug vorbehaltlich einer gewissen Toleranz über eine vorgegebene Stelle eines Werkstücks zu bringen, und danach das Werkstück selbst entsprechend einer vorherbestimmten Vorschrift abzutasten oder zu prüfen bis das Werkzeug genau in der gewünschten Stellung angehalten wird. Diese bekannten automatischen Werkzeuge erfor-. dem eine sehr ausgeklügelte und teure elektronische Apparatur zum Führen der Relativbewegungen. Darüber hinaus haben sie den Nachteil, daß sie arbeiten als seien sie mechanisch starr, so daß ein Ausfall der elektronischen Steuerung für den ordnungsgemäßen Betrieb zu Schaden fähren kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein automatisches Werkzeug mit einer selbstanpassenden Tast-Vorrichtung zu schaffen, das keine Einrichtung zur Steuerung der Bewegung nach der annähernden Einstellung des Werkzeugs in bezug auf das Werkstück benötigt und die sich sowohl für die Einstellung eines Eearbeitungswerkzeuges als auch für die Einstellung eines Einpaß- oder Montagewerkzeuges eignet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Werkzeug mit dem Arbeitskopf über eine Kupplung verbunden ist, die eine erste Stellung einnehmen kann, in der sie eine gewisse Verschiebung des Werkzeugs in bezug auf den Kopf zuläßt, und eine zweite Stellung, in der sie das Werkzeug an dem Kopf festklemmt.

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Mit anderen Worten ist entsprechend der vorliegenden Erfindung ein automatisches Werkzeug vorgesehen, das mindestens einen Arbeitsvorgang an einem. Werkstück vornehmen kann und eine Einrichtung zum Halten des Werkst"lcks, einen Arbeitskoof mit einem Werkzeughalter und einer Steuereinrichtung zum Auslösen einer Relativbewegung zwischen der Halte-Einrichtung und dem Arbeitskonf aufweist, so da'S ein Werkzeug in dem Werkzeughalter in eine vorbestimmte Stellung relativ zu dem Werkst "ick gebracht wird, vorbehaltlich einer gewissen Toleranz, wobei der Werkzeughalter mit dem Arbeitskorjf Mb er eine Kupolung verbunden ist, die ■wa beweise freigegeben werden kann, so daß eine begrenzte "erSchiebung des Werkzeughalters relativ zum Jirteitsk-mf erreicht wird, und festgeklemmt werden kann, v~n den Werkzeughalter relativ zu dem Arbeitskopf ? C: ε t ζ uk 1 <= mme η.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran-3Drachen angegeben.

Sonstige Einzelheiten, Merkmale, Anwendungen und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausf'ihrungsbeispielen im einzelnen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines den Gegenstand der Erfindung verkörpernden Bearbeitungszentrums;

Fig. 2 einen teilweisen Mittelschnitt/durch eine erste Äusf"hrungsform einer seIbstanoassenden Tastvorrichtung :

Fig. 3 einen teilweisen Mittelschnitt durch eine zweite fvusf"ihrungsform der Vorrichtung;

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Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV

von Fig. 3;
Fig. 5 ein Diagramm des Steuerungssystem des

Bearbeitungszentrums noch Fig. 1; Fig. 6 eine Ansicht einer Einzelheit einer

Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 3

teilweise im Schnitt; und Fig. 7a bis 7f ein Schaltbild einer Reihe von Arbeits-

schritten entsprechend der Abwandlung

von Fie. 5.

In Fig. 1 ist das Untergestell 11 eines Bearbeitungszentrums mit einem feststehenden Arbeitstisch 12 ausgerüstet, auf dem ein zu bearbeitendes Werkstück Io befestigt ist. An dem Gestell 11 sind zwei vordere, von einer Schiene .15 überspannte aufrechte Pfosten 13 befestigt. An der Rückseite des Gestells sind aufrecht stehende Seitenvände 14 von einer Rückwand 14o vorspannt, auf der oben eine zweite Schiene 15 und eine anliegende Zahnstange 16 angebracht sind. Die Schienen 15 v/erden von einer Mehrzahl von Längsträgern 22 überspannt, d.eren Enden 17 die Form von auf den Schienen laufenden Schlitten haben. Am hinteren Ende eines jeden Trägers 22 kann ein in Eingriff mit der festen Zahnstange 16 stehendes Antriebsritzel 19 durch einen Schrittschaltmotor 2o gedreht werden. Dieser wird durch eine entsprechende Steuereinheit 21 mittels einer Anzahl von Impulsen geführt, die proportional zu der Bewegung sind, welche der entsprechende Träger 22 entlang der r.-Achae ausführen mu.3.

Arbeitsköpfe 25 haben Schlitten 24, die in der Richtung der Y-Achse entlang dem Träger 22 laufen können. Zu ■'liesem Zweck hat -jeder Schlitten 24 ein in einer am

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Träger 22 befestigten Zahnstange 26 eingreifendes Antriebsritzel 27 und wird von einem zweiten, durch die Einheit 21 gesteuerten Schrittschaltmotor 28 angetrieben.

Jeder Schlitten 24 hat ein drittes Antriebsritzel 31 (Fig. 2), das von einem dritten, ebenfalls von der Einheit 21 gesteuerten Schrittschaltmotor 32 gedreht wird. Das Antriebsritzel 31 greift zur Bewegung des Kopfes entlang der Z-Achse in eine auf einem Mantel 34 des Arbeitskopfes 25 angebrachte Zahnstange 33 ein. Eine Welle 36 ist in dem Mantel 34 drehbar und über ein Getriebe 37 mit einem Elektromotor 38 zur Drehung eines von einem Werkzeughalter 4o getragenan Werkzeugs 39 verbunden. Der Werkzeughalter 4o ist abnehmbar in einer nachstehend beschriebenen Weise auf dem Arbeitskopf 25 angebracht.

Der Wechsel des Werkzeughalters 4o entsprechend den auszuführenden Bearbeitungsvorgängen geschieht automatisch. Zu diesem Zweck sind an der Rückwand 14o (Fig. 1) Werkzeugrahmen 41 angebracht, in denen die verschiedenen zu verwendenden Werkzeughalter 4o in vorbestimmten Stellungen angeordnet sind. Zwei Programmeinheiten 42 (Fig. 5) können die Einheiten 21 mit der von den Schrittschaltmotoren 2o, 28 und 32 benötigten Informationen versehen, damit jeder Arbeitskopf 25 das in der entsprechenden Stellung gearbeitet habende Werkzeug ablegen, nach dem neuen Werkzeug suchen, das neue Werkzeug aus dem entsprechenden Rahmen 41 herausnehmen und den Kopf 25 in die gewünschte stell ung in bezug auf das Werkstück Io bringen kann.

Die beiden Programmeinheiten 42 werden über ein Datenverarbeitungsgerät 43, beispielsweise einen wissenschaftlichen Mini-Computer, gesteuert. Für jeden Kopf 25 ermöglicht

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eine Aufzeichnungseinheit 221, die durch eine Handsteuerung mit einem Flip-Flop 222 betätigt v/erden kann, die Aufzeichnung des Programms in der am gleichen Tage eingereichten Patentanmeldung mit der Bezeichnung "Selbstanpassendes BearbeitungsZentrum für programmierbare Automation" beschriebenen Weise.

Der Werkzeughalter 4o (Fig. 2) wird mit dem Arbeitskopf 25 über eine Kupplung 45 verbunden, die entweder freigegeben v/erden kann, um eine gewisse Verschiebung des Werkzeughalters 4o in bezug auf den Kopf 25 zu ermöglichen, oder festgeklemmt, um den Werkzeughalter 4o starr an dem Kopf 2 5 anzuklemmen. Die Kupplung weist ein erstes, aus einer an dem Mantel 34 befestigten Muffe 46 bestehendes Element auf. Die Muffe 46 trägt am Boden einen Bronzering 47 mit einer ebenen L?.gerflache 48 f'ir ein zweites Element der Kupplung 45, d?'s aus einer Scheibe 52 des Werkzeughalters 4o besteht.

Daraber hinaus befindet sich in der Muffe 46 ein Elektromagnet 49 mit einer Wicklung 5o, die unter Steuerung durch die entsprechende Einheit 21 (Fig. 5) mit zwei verschiedenen Spannungen erregt werden kann: Einer ersten Spannung von 8 Volt und einer zweiten Spannung von 24 Volt. Der Elektromagnet 49 hat einen Luftspalt zwischen zwei Teilen, von denen einer der Kern 51 der Wicklung 5o ist, während der andere aus der Scheibe des Werkzeughalters 4o besteht.

Die Scheibe 52 X3t mit zwei Bohrungen 53 versehen, die zwei an dem Kern -51 des Elektromagneten 49 in diametral gegenüberliegenden Stellungen befestigte

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äxialstifte 54 aufnehmen können. Der Durchmesser der Bohrungen 53 ist größer als der der Stifte 54, so da3 eine gewisse Bewegung des Werkzeughalters 4o in bezug auf die Muffe 45 möglich ist.

Der Werkzeugholter 4o ist weiterhin mit einem mit dem Werkzeug 39 drehbaren Schaft 56 versehen, der in die Spindel des Kopfes 25 eingreifen kann. Diese Spindel U"uf3i3t eine Hülse 57, die an ihrem oberen Ende mit z-.vei schraubenförmigen um 18o° voneinander angebrachten Spalten 58 versehen ist.

Zwei von einem mit der Welle 36 über ein Universal-Gelenkstück 61 verbundenen Bolzen 6o getragene Radialstifte 59 greifen in die Spalte 58 ein. Zwischen der ll'-J.se 57 und dem Bolzen 6o befindet sich eine Druckfeder 62, die die Hülse 57 gegen eine untere Stellung zwingt, v,-ie in der Zeichnung dargestellt.

Der Schaft 56 des Werkseughalters 4o ist mit zwei Rcdialstiften 63 versehen, die in zwei Spalte 64 der Hülse 57 eingreifen können, um das Werkzeug 39 in Drehung mitzunehmen. Eine Reihe von mittels eines elastischen Rings 67 gehaltenen Kugeln 66 dient dazu, den Werkzeughalter 4o axial zu halten, wenn der Elektromagnet 49 nicht voll erregt ist.

In der Muffe 46 ist weiterhin eine Ringleitung 68 gebildet, die über ein elastisches Rohr 69 mit Druckluft versorgt wird. Die Leitung 68 steht über vier Axic!leitungen 71, von denen nur eine in Fig. 2 zu schon i-5t, T.it ebensovielen D'xsen 72 in dem Bron?;ering 47 in Verbindung, so daß ein Luftlager oder Kissen zwischen der Fläche 48 des Ringes 47 und der ent- s ->rechcn-.ⁿen Fläche der Scheibe 52 gebildet wird.

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Schließlich befindet sich in dem Ring 47 ein Sensor 73, der das Vorhandensein des Werkzeughalters 4o signalisieren und sowohl die Zufuhr von Luft als auch die Erregung des Elektromagneten 49 anhalten kann, his ein Werkzeughalter 4o mit dem Kopf 25 verbunden ist.

Die sich selbst anpassende Vorrichtung entsprechend Fig. 2 arbeitet in folgender Weise. Wenn der Arbeitskopf 25 in Übereinstimmung mit dem neuen Werkzeug 4o auf dem Rahmen 41 (Fig. 1) gebracht ist, ist der Werkzeughalter 4o bereits so ausgerichtet, da.3 die Bohrungen 53 in Übereinstimmung mit den Axialstiften 54 stehen (Fig. 2); dabei kann die Hülse 57 jede Winkelstellung in bezug auf den Schaft 56 einnehmen. Wenn die Stifte 63 nicht in die Spalte 64 eingreifen, wird die EHlse 57 entgegen der Wirkung der Feder 62 nach oben geschoben. Die mit den Stiften 59 zusammenarbeitenden schraubenförmigen Spalte 58 veranlassen dann die Hülse 57, sich zu drehen, bis die Spalte 64 mit den Stiften 63 ausgerichtet sind. Die Feder 62 veranlagt dann die Hülse 57, nach unten zu springen, die Kraft des federnden Ringes 67 zu überwinden und die Stellung von Fig. 2 zu erreichen.

Die Steuereinheit 21 (Fig. 5) verursacht dann die Erregung des Elektromagneten 49 mit einer Spannung von 8 Volt und befiehlt die Sendung von Druckluft durch das Rohr 69 in die Leitungen 68 und 71. Der Luftdruck wird so reguliert, daß seine Wirkung durch die Düsen 72 auf der Scheibe 52 die Wirkung des Elektromagneten 49 fast ausgleicht. Der Elektromagnet 49 hält daher den

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Werkzeughalter 4o zurück; es kann -jedoch eine Radialbewegung des Werkzeughalters innerhalb der durch die Bohrungen. 53 ermöglichten Grenzen stattfinden, unterstutzt von de-ri Luftlager zwischen den Teilen 48 und Diese Bewegung wird auch auf die Hülse 57 und den Bolzen 6o übertragen, während die Welle 36 dank des üniversal-Gelenkst'icks 61 unbeweglich bleiben kann.

Wenn der Werkzeughalter 4o auf diese Weise mit dem Arbeitskopf 25 verbunden ist, wird dieser unter Steuerung durch die Einheiten 21 und 42 (Fig. 5) verschoben, bis er innerhalb der durch die Schrittschaltrnotoren 2o und 23 errichteten Toleranz die gewünschte Stellung des Werkstücks Io (Fig. 2) erreicht, die beispielsweise durch ein Senkloch 75 in einer Buchse im Werkstück Io d^rcestellt ist.

Der Arbeitskopf 25 wird dann durch den SehrittschaIt-TOtor 32 nach unten bewegt, damit das Werkzeug 39 in dr:3 Loch 75 eingreift. Wenn das Werkzeug 39 nicht genau mit dem Loch ausgerichtet ist, verursacht dieser Eingriff eine Verschiebung des Werkzeugs 39 in bezug auf die Welle 35. Sobald die gewünschte Stellung durch das Werkzeug 39 erreicht ist, hält der Schrittschaltmotor 32 en, weil des Werkzeug 39 die Grenze seines Vorschubs erreicht hat. Dann sendet der Motor 32 ein Signal an die Steuereinheit 21, das die Erregung des Elektromagneten 49 mit einer Spannung von 24 Volt und die gleichzeitige Beendigung der Luftzufuhr an d=3s Rohr 69 befiehlt. Der Werkzeughalter 4o bleibt auf diese Weise "tarr ?n der Muffe 45 befestigt, und der Motor 38 Τ;ε.ηη zv-x Bearbeitung betätigt werden.

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Bei Beendigung des Bearbeitungsvorgnnges wird der Arbeitskopf 25 erst hochgehoben und dann bewegt, um den '-,"erkzeughnlter 4o zurück über den Rahmen 41 zu bringen. Der Elektromsgnet 49 wird völlig enterregt, und in die Düsen wird Druckluft geschickt. Die nicht mehr durch die Erregung des Elektromagneten 49 ausgeglichene Druckluft kann jetzt die Wirkung des elastischen Ringes 67 auf die Kugeln 66 überwinden, so drß der Werkzeughalter 4o von dem Arbeitskopf 25 getrennt wird, der in den entsprechenden Sitz im Rahmen 41 (Fig. 1) abgesetzt wird.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Arbeitskopf 25 in der Lage, ein Tast-Werkzeug beispielsweise des in der IT-PS 953 218 beschriebenen Typs zu tragen. Der Schlitten 24 des Arbeitskopfes 25 trägt einen dem Mantel 34 in Fig. 2 vergleichbaren vertikal gleitenden Mantel 34' (Fig. 3). Unterhalb des Mantels 34' ist eine Muffe 77 befestigt, an der ein Bronzering 78 befestigt ist. In dem Ring 78 sind vier Axialleitungen 79 ausgebildet, die über eine Ringleitung 8o gespeist werden und in einer Düse 81 an der unteren Oberfläche enden.

Die Muffe 77 trägt einen Elektromagneten 49 ähnlich dem der Fig. 2, dessen Magnetkreis eine mit einem Werkzeughalter 88 verbundene Scheibe 87 aufweist. Die Scheibe trägt eine Hülse 89, in der mit einem gewissen Hub ein am Boden mit einer Scheibe 92 des Werkzeughalters 88 verbundener Stempel 91 gleiten kann. Die Scheibe 92 ist winkelig mit Hilfe eines in einen Spalt 94 in der Scheibe 87 eingreifenden Stiftes 93 mit der Scheibe 87 verbunden.Der Stempel 91 ist oben mit einem Kopf 95 versehen, der oben durch einen Umformer 97 für die Z-Achse abgetastet werden kann, der auf bekannte Art und Weise jede Axialbewegung des Kopfes 96 signalisieren kann.

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Zwischen dem Kopf 96 und der Schulter 98 der Hülse 89 ist eine erste Druckfeder 99 angebracht, und zwischen der Scheibe 92 und der Hülse 89 liegt eine zweite Feder 101. Die Wirkung der Feder 99 herrscht über die Wirkung der Feder lol vor, was zur Folge hat, daß der Werkzeughalter 88 normalerweise die hohe Stellung von Fig. 3 einnimmt.

Die Scheibe 87 ist mit zwei diametral gegenüberliegenden Bohrungen 102 (Fig. 4) versehen, die mit einem gewissen Spiel mit einem Paar vom Ring 78 getragenen starren Stiften 103 in Eingriff treten können. Auf dem Ring 78 sind außerdem zwei federnde Stifte 104 angebracht, die sich ebenfalls diametral gegenüberliegen und mit den Stiften 103 abwechseln. Jeder Stift 104 ist gleitend in einem Zylinder 107 im Ring 78 an einem Kolben 106 (Fig. 3) befestigt und nach unten durch eine Druckfeder 108 vorgespannt. Die Stifte 104 sind so beschaffen, daß sie immer dann in Spalte 109 in der Scheibe 87 eingreifen, wenn das durch letztere getragene Werkzeug sich nur entlang der X-Achse bewegen soll.

Zwischen der unteren Seite des Kolbens 106 und dem Zylinder 107 befindet sich eine mittels radialer Durchführungen 111 gespeiste Luftkantmer Ho und eine Ringleitung 112, wobei die Luft durch ein Außenrohr 113 (Fig. 3) zugeführt wird.

Vier hohle Zentrier-Stempel 116, die radial um 9o zueinander versetzt angeordnet und jeweils einstückig mit einem gleitend in einer zylindrischen Ausnehmung 118 angebrachten Kolben 117 sind, können mit einer . zylindrischen Fläche 114 des Kopfe 96 zusammenwirken. Eine Feder 119 spannt jeden Kolben 117 nach innen vor, während Druckluft durch eine Reihe von Leitungen 122,

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in eine ringförmige Kammer 121 zugeführt v/erden kann. Je der Kolken 117 liegt nomalerweise gegen einen Ring ?n (Fig. 31, so da3 ein gewisses Spiel zwischen dem Ende des Zentrier-Stempels 116 und der Oberfläche 114 bleibt. Zwei der in entsprechender Weise zu den X- und Y-Achsen um 9o zueinander versetzt angeordneten Ste-npel 116 nehmen jeweils einen Stellungs-Umformer 126 entsprechend dem Umformer 97 auf.

Der Werkzeughalter 88 hat einen Kolben 127, der senkrecht durch eine pneumatische Einrichtung beweglich und an dem Boden mit einer Aussparung 128 versehen ist, in die zwei Vorspränge 129 zweier Ansatzbacken 131 eingreifen. Diese Backen sind auf zwei Stiften des Werkzeughalters 88 drehbar gelagert und können ein Teil 133 ergreifen, das in einen Sitz 134 in einem Teil 135 eingepaßt werden soll.

Der Arbeitskopf entsprechend Fig. 3 und 4 arbeitet auf folgende Weise. Es soll angenommen werden, daß im Fall der Fig. 3 und 4 das Werkzeug 88 sich in den beiden X- und Y-Richtungen be^.'egen kann, so daß die Spalte lO9 nicht betroffen werden und, wenn dies die einzige für das Svstem beabsichtigte Verwendung wäre, aus der Scheibe 87 v/egge lassen werden könnten. Zuerst verursachen die Programmeinheit 42 und die Steuereinheit 21 (Fig. 5) eine Verschiebung des Arbeitskopfes 25, um den Kopf in entsprechende Lage mit dem im Rahmen 41 ausgewählten Werkzeughalter 4o zu bringen (Fig. 1). Danach veranlaßt die Steuereinheit 21 (Fig. 5) , daß Druckluft in das Rohr 113 (Fig. 3) geschickt wird, so da3 über die Leitungen 112 und die Stifte 104 zurückgezogen werden, indem sie die Feder lC8 oberwinden. Außerdem veranlaßt dann die

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Steuereinheit 21, daß der Elektromagnet 49 (Fig. 3) mit einer Spannung von 8 Volt erregt wird, wodurch die Scheibe 87 mit dem Arbeitskopf 25 verbunden wird.

Die Wirkung der Federn 119 auf die Kolben 117 erzeugt nun eine erste Zentrierung des Werkzeughalter-Stempels auf dem Arbeitskopf 25. Danach wird Druckluft in die Leitungen 123 und 122 geleitet, wodurch die vier Stempel 116 zurückgezogen werden, und es wird Druckluft in die Düsen 81 geleitet, um die Scheibe 87 in bezug auf den Kopf 25 leicht bewegbar zu machen, wie im Fall der . Fig. 2 dargestellt. Dann veranlaßt die progr?>mmeinheit 42 mittels der Einheit 21 (Fig. 5) das Werkzeug 88, sich zu einer in der Zeichnung nicht dargestellten Station zu bewegen, so sich eine Anzahl Stifte 133 (Fig. 3) befindet. Der Kolben 127 wird nun betätigt, wodurch er sich nach oben bewegt, so daS die Backen 131, wie in Fig. 3 angedeutet, einen Stift 133 ergreifen. Da es unwahrscheinlich ist, daß der Stift 133 sich in der durch die Befehle der Programmeinheit 42 bestimmten theoretischen Stellung befindet, verschiebt sich das Werkzeug 88 beim Schließen der Backen 131 in bezug auf den Arbeitskopf 25, indem es die Scheibe veranlast, auf dem Ring 78 zu schwimmen. Diese Wirkung wird durch die zu den Düsen 81 geleitete Druckluft unterstützt, wodurch ein Luftlager zwischen äen beiden Flächen der Scheibe 87 und des Ringes 78 geschaffen wird, die aneinandergrenzen.

Am Ende des Hubes des Kolbens 127 wird der Kopf 25 nach oben bewegt, und die Druckluft wird aus den Leitungen 12 3 und 122 entfernt. Mit Hilfe der Stempel 116 erzeugt die Feder 119 nun die Zentrierung des Stempels 91 zusammen mit der Scheibe 87, dem Werkzeug

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und dem Stift 133. Der Elektromagnet 49 wird dann auf 24 Volt erregt, und die Druckluft wird aus den Düsen 81 entfernt, woraufhin der Werkzeughalter 4o starr mit dem Kopf 25 verbunden bleibt.

Der Arbeitskopf 25 wird dann in entsprechende Stellung zu dem Sitz 134 gebracht, in den der Stift 133 eingesetzt werden soll. Wenn die durch den Befehl der Einheit 21 erreichte Stellung nicht genau der gewünschten Stellung entspricht, beginnt eine durch die drei Umformer 97 und 126 gesteuerte Suchbewegung, wobei die Umformer wahlweise durch die Einheit 21 über den entsprechenden Multiplexer 136 aktiviert werden und die entsprechenden durch einen Umwandler 137 in numerische Werte umgewandelten Daten zu dem Mini-Computer 43 senden. Die Suchbewegung wird von dem Mini-Computer 43 geführt und durch eine Spiralbewegung des Kopfes 25 ausgeführt, wie im wesentlichen in der US-PS 3 906 325 beschrieben.

Mehr im einzelnen wird dazu ausgeführt: Wenn der Stift 133 das Teil 135 berührt, ohne den Sitz 134 zu zentrieren, wird die Feder lOl zusammengedrückt, so daß der Kopf 96 sich nach oben gewegt. Dadurch wird der Umformer 97 veranlaßt, ein Signal abzugeben, das in Verbindung mit der vom Werkzeug erreichten Höhe die entsprechende Such-Sequenz erzeugt. Die Feder lOl könnte auch auf anderen Stufen des Zyklus gespannt werden, beispielsweise vd.1 das Greifen des Stiftes ausfallt oder die Suche des Teils erfolglos bleibt oder aufgrund anderer auftretender Hindernisse. Das gleiche Signal des Umformers 97 erzeugt dann so viele wiederholte Folgen des Zyklus wie erforderlich. Wenn die gewünschte Stellung erreicht ist, was durch den Umformer

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97 signalisiert wird, dann wird der Stift 133 in den Sitz 134 eingesetzt, wonach der Kolben 127 betätigt wird und die Backen 131 öffnet. V7enn der Sitz 134 oder der Stift 133 mit einer .Abrundung oder einer anderen geeigneten Einführ-Einrichtung versehen sein sollten, könnte die Suchbewegung weggelassen werden, während die Einsetz-Bewegung des Stiftes 133 in den Sitz 134 über den auf 8 Volt erregten Elektromagneten 49 durchgeführt und das Luftlager begründet wird.

Wenn der Werkzeughalter 4o auf den Rahmen 41 zurückgebracht werden soll (Fig. 1), veranlaßt die Steuereinheit 21 den Kopf 25, sich in Übereinstimmung mit der Stellung des Werkzeughalters zu bewegen, wonach der Elektromagnet 49 völlig enterregt und erneut Luft zu den Düsen 81 geleitet wird, so daß die Druckluft die Freigabe des Werkzeughalters 4o aus dem Kopf 25 ge w^:ihr leistet.

Kenn das einzupassende Teil eine Schraube ist, kann der Werkzeughalter einen Schraubenzieher 141 (Fig. 6) aufweisen, der an einer Spindel 142 angebracht ist, die über einem Getriebe 144 durch ihren eigenen Elektromotor ü43 in Drehung versetzt wird. Der Kopf 96 des Werkzeughalters ist jetzt hohl, um eine Feder 145 aufzunehmen, die zwischen dem Kopf selbst und einer Schulter des Stempels 146 angebracht ist, der mit Hilfe von zwei Spalter 147 mit zwei Stiften 147' der Spindel verbunden ist. Diese Spindel kann sich daher in bezug auf den Kopf 25 aufgrund der Kupplung 45 entsprechend derjenigen v->n Fig. 2 und 3 bewegen. Darüber hinaus kenn der Kopf 96 in bezug auf die Spitze des Schraubenziehers 141 axiale Bewegungen ausführen. Diese Bewegung wird über den Stempel 146 vom Umformer 97 festgestellt.

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Um die Relativbewegung des Stempels in bezug auf den Kopf 96 klarzustellen, ist der Stempel 146 in Fig. 7 als ein Zeiger 143 dargestellt, der in bezug auf eine Skala des Arbeitskopfes 25 beweglich ist.

In der ersten Phase (Fig. 7a., 7b), wenn der Kopf 25 unter Steuerung durch die Einheit 21 und möglicherweise unter Verwendung der Suchbewegung die Schraube 14o in Obere inst immung mit der Bohrung 15o im Teil 151 bringt, wird die Feder 145 (Fig. 6) nicht gespannt, und die Maschine geht in die folgende Stufe über. Wenn andererseits die Feder gespannt ist, beispielsweise v.^reil die Bohrung 15o nicht gefunden wird (Fig. 7b), wird diese Tatsache durch den Umformer 97 signalisiert, der einen unkonditionierten Sprung innerhalb des Programms ausführt, und der Betrieb wird angehalten (Rückweisung).

In der zweiten Phase (Fig. lc_, 7d), bewegt sich der Schraubenzieher 141 vor, wird aber noch nicht gedreht. Wenn die Feder 145 gespannt wird, ist alles in Ordnung, und die Maschine geht zur folgenden Phase über, wenn andererseits die Feder nicht gespannt wird, bedeutet dies, da3 das mit Gewinde versehene Teil 152, in das die Schraube 14o eingeschraubt werden soll, fehlt, oder da3 die Schraube 14o fehlt, oder daß das Gewinde der Schraube oder das des Teils überdreht ist. In diesem Fall soll das durch den Umformer 97 (Fig. 6) gegebene Signal, das die Nicht-Spannung der Feder 145 anzeigt, das Anhalten des Betriebs veranlassen (Rückweisung).

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In der dritten Phase (Fig. 7e, 7f)wird der Schraubenzieher 141 gedreht, bis die Schraube 14o gegen das Teil 151 anschlägt, wodurch das Anhalten des Motors 143 (Fig. 6) befohlen wird. Wenn alles in Ordnung ist, wird die Feder 145 nicht gespannt, und die Einpassung stimmt. Wenn andererseits die Feder 145 gespannt wird, bedeutet dies, daß die Schraube nicht richtig voll eingeschraubt und daher nicht in Anschlag gegen das Teil 151 gekommen ist, so da-3 der Betrieb in diesem Fall ebenfalls anhält und das Teil verworfen wird (Rückweisung).

Es ist daher klar, daß die Erregung des Elektromagneten 49 mittels zwei verschiedener Ströme in jedem Fall zwei verschiedene Bedingungen für die Kupplung 45 schafft, wobei in der ersten der Werkzeughalter 4o, 88 eine gewisse Verschiebung in bezug auf den Arbeitskopf 25 erfahren kann, während im zweiten Fall der Werkzeughalter 4o, 88 in bezug auf den Kopf 25 selbst völlig festgeklemmt ist. Der Elektromagnet 49 kann durch andere mechanische oder fluodvnamische Einrichtungen ersetzt werden, die auf zwei verschiedene Weisen betätigt werden können, um in der einen Weise die Bewegung des Werkseughalters auf dem Arbeitskopf zu ermöglichen und in der anderen weise den Werkzeughalter starr mit dem Kopf zu verklemmen.

Patentansprüche:

ISe/RH 25 984 - 19 -

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Claims

Patentansprüche

Selbstanpassende Tast-Vorrichtung für Arbeitsmaschinen mit einem Arbeitskopf, der mit einer gewissen Annäherung in bezug auf eine vorbestimmte Stellung auf einem Werkstück, auf dem er wirken soll, eingestellt werden kann, und mit einem Werkzeug, das in diese Stellung des Werkstücks eingreifen kann»

dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (39, 4o) mit dem Arbeitskopf (25) über eine Kupplung (45) verbunden ist, die eine erste Stellung einnehmen kann, in der sie eine gewisse Verschiebung des Werkzeugs in bezug auf den Kopf zuläßt, und eine zweite Stellung, in der sie das Werkzeug an dem Kopf festklemmt.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, da3 die Kupplung (45) einen Elektromagneten (49) aufweist, der in der ersten Stellung mit einer ersten Spannung und in einer zweiten Stellung mit einer zweiten, größeren Spannung als der ersten erregt werden kann.

Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine pneumostatische Einrichtung zur wahlweisen Betätigung, um ein Gleichgewicht mit der Wirkung des Elektromagneten (49) in der ersten Stellung herzu-•stelieh, wodurch die Verschiebung möglich wird.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (45) ein erstes Element (47) aufweist, das fest mit dem Kopf (25) verbunden ist, ein zweites Element (52), das fest mit dem Werkzeug (4o) verbunden und in der Lage ist, sich in einer gegebenen Ebene mit dem ersten Element zu verbinden, sowie einer Einrichtung, um die Wechselbewegung der beiden Elemente in dieser Ebene innerhalb bestimmter Grenzen beschränken zu können.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (49) einen Magnetkreis hat, der mittels eines Luftspalts in der Ebene in zwei Teile geteilt ist, wobei die beiden Teile jeweils von einem der Elemente getragen werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,- gekennzeichnet durch eine von dem Kopf (25) getragene Fühleinrichtung (73) zum Erfühlen der Stellung des Werkstücks (lo) und eine Einrichtung, die Erregerspannung des Elektromagneten (49) wahlweise als Funktion der Wirkung der Fühleinrichtung steuern zu können.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumostatische Einrichtung aus einem pneumostatischen Kissen, das in der Ebene angeordnet ist, aus mindestens einer Leitung für die Zufuhr von Druckluft in dieses Kissen und aus einer Einrichtung besteht, um den Zufluß der Druckluft in die Leitung zu liefern und zu regulieren.

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8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Werkzeug durch eine drehbare Spindel betätigt wird, dadurch gekennze ichnet, daß ein Teil dieser Spindel (36), an der das Werkzeug (39, 4o) befestigt ist, mit dem Rest der Spindel über ein Gelenkstück (61) verbunden wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennze ichnet, daß dieses Teil in eine Muffe (46) eingreift, die sich axial in bezug auf dieses drehen und axial bewegen kann, wodurch ein Eingreifen der Einrichtung zur Begrenzung der Bewegung zwischen den beiden Elementen (47, 52) ermöglicht wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (36) von einem von dem Kopf (25) getragenen Motor (38) gedreht wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bi.3 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (133) von einem Halter (88) getragen wird, der winkelig mit dem zweiten Element (87) und axial zu diesem mittels zweier Federn (108) verbunden ist, die auf gegenüberliegende Seiten einwirken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennze ichnet, daß das erste Element (78) zwei diametral gegenüber befestigte Stifte (lO4) aufweist, die mit großem Spiel nit zwei radialen Spalten (109) in dem zweiten Element (87) zusammenwirken können.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element

(78) zwei diametral gegenüberliegende federnde Stifte (104) trägt, die zwischen den starren Stiften (103) eingesetzt sind, wobei die federnden Stifte beide unter der Einwirkung des zweiten Elements (87) und durch fluodynamische Wirkung zurückgezogen werden können.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von elastischen Kolben (117, 127) sich um das Werkzeug (88 und 33) zusammenziehen können, wenn es nicht in das Werkstück (135) oder Teil (133) eingreift, wobei ein Stellungs-Sensor (97, 126) mit wenigstens einem der Kolben (117, 127) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (88) ein Paar durch einen fluodynamischen Mechanismus betätigte Klemmteile (129, 131) aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug aus einem Schraubenzieher (141) besteht, der durch einen unabhängigen, von dem Werkzeughalter (4o) getragenen Motor (143) betätigt wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (141) in der axialen Richtung elastisch verbunden ist, um mögliche Regelwidrigkeiten zu signalisieren, die in den verschiedenen Phasen des Eingreifens in eine und des Einschraubens einer Schraube (14o) auftreten können.

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