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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer
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mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Werkzeuge bestückbaren Bearbeitungsmaschine
für Werkstücke, insbesondere einer in einem flexiblen Fertigungssystem oder einer
Transferstraße eingesetzten Bearbeitungsmaschine, bei dem die verschiedenen Werkzeuge
entsprechend einem vorgebbaren Programm nacheinander aus einer Warteposition in
eine Arbeitsposition gebracht, mit einem Antrieb gekuppelt und nach Beendigung des
Einsatzes wieder in eine Warteposition überführt werden. Ferner ist die Erfindung
auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gerichtet.
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Auf vielen Gebieten der Fertigungstechnik ist es üblich, mit Transferstraßen
und auch flexiblen Fertigungssystemen zu arbeiten, um bestimmte Werkstücke in großer
Stückzahl zu fertigen. Da Transferstraßen, die im Regelfall mit mehreren Spezial-
und Sondermaschinen ausgerüstet sind, einen hohen Investitionsaufwand erfordern
und nur sehr schwer sowie mit erheblichem Zeitaufwand auf die Fertigung anderer
Werkstücke umrüstbar sind, wird zunehmend mit sog. flexiblen Fertigungssystemen
gearbeitet, welche in Verbindung mit einer Werkstückförderanlage verschiedene Bearbeitungsmaschinen,
z.B. Vielspindel-Bohrmaschinen mit auswechselbaren Mehrspindelköpfen, Fräsmaschinen
und Bearbeitungszentren mit automatischem Werkzeugwechsel umfassen.
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Derartige flexible Fertigungssysteme ermöglichen es zwar, eine Umrüstung
vorzunehmen und durch eine solche Umrüstung beispielsweise die Fertigung einer Nullserie
oder Pilotserie sowie von Kundendienstteilen durchzuführen, aber eine solche Umrüstung
ist auch bei einem flexiblen Fertigungssystem mit langen Stillstandszeiten des Gesamtsystems
verbunden und damit unwirtschaftlich.
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Die mit einem Ausfall des gesamten Fertigungssystems verbundene Umrüstung
ist vor allem auch deshalb sehr zeitaufwendig, weil die einzelnen Werkzeuge, Mehrspindelköpfe
oder Kassetten in den Bearbeitungsmaschinen jeweils exakt justiert werden müssen.
Außerdem ist es in der Praxis problematisch, die Vielzahl der im Falle der Umrüstung
eines größeren Fertigungssystems oder einer Transferstraße, sofern sich diese überhaupt
zur Umrüstung eignet, auszuwechselnden Werkzeuge so über ggf. lange Zeiträume zwischenzulagern,
daß beim nächsten Einsatz durch Werkzeugverwechslungen und dergleichen entstehende
Fehler ausgeschlossen werden können.
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Demgemäß liegt der Erfindung im wesentlichen die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zum Betrieb von mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Werkzeuge bestückbarer
Bearbeitungsmaschinen zu schaffen, das eine problemfreie und schnelle Umrüstung
derartiger Bearbeitungsmaschinen gewährleistet und praktisch einfach sowie mit geringem
Aufwand realisierbar ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß alle wenigstens
einer vorgebbaren Bearbeitungsfolge der Maschine zugeordneten Werkzeuge zumindest
in ihren Wartepositionen in einer taktweise bewegbaren Trägereinheit gehalten werden,
und daß bei Vornahme eines Wechsels in der Werkstückbearbeitung die Trägereinheit
von ihrem Taktantrieb getrennt, zusammen mit den in ihr gehaltenen Werkzeugen entfernt
und durch eine entsprechend dem dann zu bearbeitenden Werkstück mit anderen Werkzeugen
ausgerüstete neue Trägereinheit ersetzt wird.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, die zur Bearbeitung
eines bestimmten Werkstücks benötigten Werkzeuge in einer separaten, von der jeweils
zugehörigen Antriebseinrichtung entfernbaren Trägereinheit zusammenzufassen und
zu haltern, so daß im Falle einer notwendigen
Umrüstung der Bearbeitungsmaschine
lediglich die Trägereinheit ausgewechselt werden muß und nach Einbringen einer neuen,
extern bereits in der notwendigen Weise vorbereiteten Trägereinheit die Maschine
und damit auch das Gesamtsystem wieder in Betrieb genommen werden kann. Da die mit
den zur Fertigung eines bestimmen Werkstücks ausgerüsteten Trägereinheiten als Gesamtheit
zwischengelagert werden können, ist auch jegliche Gefahr von Werkzeugverwechslungen
ausgeschaltet.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Werkzeuge bereits in der Trägereinheit
zu justieren und nach Verbindung von Trägereinheit und zugeordnetem Taktantrieb
die Werkzeuge bzw.
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Werkzeugkassetten ohne Trennung von der Trägereinheit in Bearbeitungsposition
zu bringen und sie dabei für die Dauer des Bearbeitungsvorgangs mit einem Werkzeugantrieb
zu kuppeln.
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Da auf diese Weise die zeitaufwendigen Justierarbeiten getrennt vom
Fertigungssystem und zu beliebigen Zeiten durchgeführt werden können und überdies
Überführungs- bzw.
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Werkzeugwechselvorgänge zwischen Trägereinheit und Bearbeitungsmaschine
vermieden werden, läßt sich zusätzlich zu der überaus schnellen Umrüstung der Maschine
noch eine besonders problemfreie Arbeitsweise gewährleisten.
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Sollte es in besonderen Fällen, bei denen extrem hohe Genauigkeiten
gefordert werden, notwendig sein, die in der Trägereinheit bereits justierten Werkzeuge
oder Kassetten in der Bearbeitungsmaschine nochmals einer Feinjustierung zu unterziehen,
so ist diese Feinjustierung nur ein einziges Mal durchzuführen, da im Falle der
Auswechslung dieser Trägereinheit keine Werkzeugdemontage oder Verstellung erfolgt
und somit beim nächsten Einsatz dieser Trägereinheit bereits die Feinjustierung
gegeben ist.
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Es wird somit durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch dann ein
außerordentlich hoher Maschinennutzungsgrad erzielt, wenn das Gesamtsystem häufiger
umgerüstet werden muß. Da die Vorbereitungs- und insbesondere Justierarbeiten extern,
d.h. bei sich in Betrieb befindendem Fertigungssystem durchgeführt werden können,
läßt sich auch das für diese Arbeiten benötigte Personal optimal einsetzen.
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Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Trägereinheit für die Werkzeuge
als auswechselbarer, auf die zugehörige Bearbeitungsmaschine aufsetzbarer und mit
ihr verriegelbarer Revolverkopf ausgebildet ist, der über seinen Umfang verteilt
mehrere Werkzeugaufnahmen aufweist und in der Verriegelungsstellung einerseits mit
dem Taktantrieb der Bearbeitungsmaschine verbunden und andererseits über eine Zentriereinheit
bezüglich der Bearbeitungsmaschine exakt positioniert ist.
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Durch die Ausbildung der Trägereinhat in Form eines Revolverkopfes
werden einfach handhabbare und auch problemfrei lagerbare Trägereinheiten geschaffen,
die in Verbindung mit der sowohl beim Aufsetzen eines Revolverkopfes auf eine Bearbeitungsmaschine
als auch während des Betriebs wirksam werdenden Zentriereinheit absolut problemfrei
und schnell montiert werden können, wobei nach erfolgter Befestigung des Revolverkopfes
auf der Maschine bereits die exakte Justierung der Bearbeitungswerkzeuge gewährleistet
ist.
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Durch Einsatz geeignet ausgebildeter Adapter ist es möglich, vorhandene
Mehrspindelbohrköpfe unterschiedlicher Hersteller und auch Werkzeuge und Werkzeugkassetten,
die beispielsweise bereits in Transferstraßen eingesetzt waren, in den Revolverkopfaufnahmen
zu fixieren und zu justieren, so daß beispielsweise auch Werkstücke mit einem erfindungsgemäß
ausgebildeten
flexiblen Fertigungssystem hergestellt werden können,
deren Fertigung vorher nur in einer Transferstraße möglich war.
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Die Transferstraße kann in einem solchen Fall dann demontiert und
der gewonnene Raum einer anderen Verwendung zugeführt werden.
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Die Zentriereinheit besteht bevorzugt aus plan-verzahnten Indexringen,
von denen der eine an einer Ringträgerauflage der Bearbeitungsmaschine und der andere
im unteren Endbereich des im wesentlichen ringglockenförmig ausgebildeten Revolverkopfes
angebracht ist. Damit ergibt sich ein besonders kompakter und konstruktiv einfacher
Gesamtaufbau, der hinsichtlich der geforderten Zentrierung höchsten Genauigkeitsanforderungen
genügt.
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Der Revolverkopf ist über ein Drehlager einerseits mit einer zentralen
Hub- und Spanneinrichtung und andererseits mit einem Takt-Schwenkantrieb verbunden,
wobei die Hub- und Spanneinrichtung zweckmäßigerweise mit dem Innenring des Drehlagers
fest verbunden ist und der Takt-Schwenkantrieb mit dem eine Verzahnung aufweisenden
Außenring des Drehlagers in Eingriff steht.
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Durch die bei diesem Aufbau den einzelnen Einrichtungen und Einheiten
zugeordneten Mehrfachfunktionen wird nicht nur der Aufbau vereinfacht, sondern auch
die Betriebssicherheit erhöht.
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Die Hub- und Spannvorrichtung ist gemäß einer Ausführungsvariante
der Erfindung über einen selbstklemmend ausgebildeten, am unteren Ende des Zentralträgers
angeordneten Gewindetrieb betätigbar, wodurch einerseits eine hohe Genauigkeit der
Bewegungssteuerung des Zentralträgers und andererseits ein einfacher und funktionssicherer
Aufbau gewährleistet werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Besonderheit der Erfindung besteht darin,
daß am revolverkopfseitigen Ende des Zentralträgers eine umlaufende Clzuführ- und
Verteileinheit vorgesehen sein kann. Dies ist auch eine Folge davon, daß die zentrale
Antriebseinheit unterhalb des Revolverkopfes angeordnet und über ein Getriebe mit
einer eine Einrückeinrichtung aufweisenden Kupplungseinheit verbunden ist.
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Obwohl der Revolverkopf prinzipiell bezüglich der Maschine in beliebiger,
jedoch stets exakt zentrierter Weise fixiert werden könnte, ist es vorteilhaft,
diese Befestigung des Revolverkopfes an der Maschine über einen Schnellverschluß
vorzunehmen, der beispielsweise bajonettverschlußartig ausgebildet sein kann und
dazu beiträgt, die zur Auswechslung eines Revolverkopfes benötigte Zeit weiter zu
verringern.
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Die aus einem Elektromotor konstanter Drehzahl bestehende zentrale
Antriebseinheit kann eine relativ niedrige Drehzahl, z.B. eine Drehzahl im Bereich
von 700 Umdrehungen pro Minute besitzen, da die für das jeweilige Werkzeug benötigte
Drehzahl über ein in der zugehörigen Kassette vorgesehenes Getriebe erhalten werden
kann.
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Die die Verbindung des Maschinenantriebs mit der Kassettenantriebswelle
gewährleistende Einrückeinheit ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung über
eine Zylinder-Kolben-Anordnung axial zwischen einer Kupplungs- und einer Entkupplungslage
umsteuerbar und bevorzugt klauenartig ausgebildet, wobei die einzelnen Klauenelemente
an ihren freien Enden schneidenartig geformt sind und die Gegeneldmente am Kassettenanschluß
aus Paßrollen bestehen, d.h. aus Rollen, die zwischen die einzelnen Klauenelemente
passen und zusammen mit den schneidenartig geformten Klauenenden gewährleisten,
daß beim Kupplungsvorgang zwangsläufig und unabhängig von der Relativlage der beiden
miteinander zu kuppelnden Elemente
eine einwandfreie Verbindung
erhalten wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine schematische
Draufsicht einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Bearbeitungsmaschine mit Werkstück-Zuführbahn,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 1, und Fig. 3 eine schematische
Schnittdarstellung der Bearbeitungsmaschine nach Fig. 1.
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Gemäß Fig. 1 werden einer mit dem allgemeinen Bezugszeichen 1 gekennzeichneten
Bearbeitungsmaschine über eine Führungsbahn 2 zur Aufnahme des jeweiligen Werkstücks
dienende Paletten 3 zugeführt.
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Der Maschine 1 ist ferner eine übliche, mit dem allgemeinen Bezugszeichen
4 gekennzeichnete Spänetransporteinrichtung mit Kühlmittelbehälter zugeordnet.
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Ein auf der Palette 3 befestigtes Werkstück kann in Richtung des Pfeiles
Z bewegt und entsprechend dem Pfeil ZR geschwenkt werden.
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Die Bearbeitungsmaschine 1 ist mit einem auswechselbaren Revolverkopf
5 versehen, der über seinen Umfang verteilt mehrere Aufnahmen 6 für Werkzeugkassetten
besitzt.
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In der der Zuführbahn 2 entsprechenden Position einer Kassette wird
der Kassettenantrieb mit dem Zentralantrieb 7 der
Bearbeitungsmaschine
gekoppelt. Dies wird im einzelnen noch erläutert.
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Der Revolverkopf 5 kann in der Bearbeitungsmaschine die durch den
Pfeil XR gekennzeichnete Drehbewegung und die für Fräsvorgänge erforderliche geradlinige
Bewegung entsprechend dem Pfeil X ausführen.
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Fig. 2 zeigt, daß zum Zwecke der Ermöglichung der Bewegung in Richtung
des Pfeiles X die Bearbeitungsmaschine auf Querschienen 12 geführt ist.
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Ein Drehtisch 10 ermöglicht es, die Palette 3 entsprechend dem Pfeil
ZR zu schwenken, und ein Längsschlitten 11 gewährleistet die Bewegung der Palette
3 in Wichtung des Pfeiles Z.
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Der mit den Kassettenführungen 6 versehene Revolverkopf 5 besitzt
eine ringglockenförmige Gestalt und ist mit Tragösen 9 versehen, mittels der der
Revolverkopf auf die Bearbeitungsmaschine gesetzt und auch wieder von dieser abgehoben
werden kann. Zwecks Gewährleistung einer Vorzentrierung beim Ein-und Ausbau des
Revolverkopfs 5 ist eine Führungshaube 8 vorgesehen Anhand der Fig. 3 soll nunmehr
der Aufbau der mit einem auswechselbaren Revolverkopf 5 ausgerüsteten Bearbeitungsmaschine
erläutert werden.
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Der ringglockenförmige Revolverkopf 5 wird vor dem Aufsetzen auf die
Maschine bereits mit den Werkzeugen bzw. Kassetten bestückt und zwar unter gleichzeitiger
Justierung dieser Kasseten. Diese Justierung kann beispielsweise unter Zuhilfenahme
einer Steinplatte oder spezieller Justiereinrichtungen (Voreinstellgeräte) erfolgen.
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Der bestückte Revolverkopf 5 wird mittels einer geeigneten Hebevorrichtung
über der eine Vorzentrierung bewirkenden Führungshaube 8 abgesenkt, wobei er an
einem oberen Auflagerring 13 zur Anlage kommt. Dieser Ring 13 ist über ein tragendes
Kugellager 18, 19 mit einem axial verstellbaren Zentralträger 20 verbunden, der
während des Aufsetzens des Revolverkopfes sich vorzugsweise in seiner angehobenen
Stellung befindet.
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In seinem unteren, schürzenartig ausgebildeten Teil ist der Revolverkopf
mit einem plan-verzahnten Ring 14 versehen, der mit einem auf einem maschinenseitig
vorgesehenen Auflagerring 16 befestigten, ebenfalls plan-verzahnten Ring 15 während
des Absenkens des Revolverkopfes durch Einfahren des Zentralträgers 20 in zentrierenden
Eingriff kommt.
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Bei der Verzahnung der Indexringe 14, 15 handelt es sich bevorzugt
um eine Hirth-Verzahnung, die einerseits eine exakte Zentrierung und andererseits
eine entsprechend exakte Indexierung gewährleistet.
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In der Detaildarstellung A sind die Verzahnungen der Ringe 14 und
15 im einzelnen zu sehen.
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Der Zentralträger 20 ist Bestandteil einer Hub- und Spannvorrichtung,
wobei die Hebe- und Senkbewegung über einen Gewindetriebberreicht wird, der am unteren
Ende des Zentralträgers 20 vorgesehen ist, und aus einem am Zentralträger vorgesehenen
Gewindeteil 23, einem drehbar gelagerten Mutterteil 24 und einem mit diesem Mutterteil
über eine Verzahnung zusammenwirkenden Antriebsteil 25 besteht. Mittels dieses Kompaktantriebs
22 kann der Revolverkopf 5 soweit angehoben werden, daß die Verzahnungen der Indexringe
14, 15 außer Eingriff sind und damit der Revolverkopf in der erforderlichen Weise
geschwenkt, und zwar in exakt vorgebbarer Weise geschwenkt werden kann. Dieses Schwenken
erfolgt über einen
Antrieb 21, der mit dem eine Verzahnung aufweisenden
Außenring 18 des Traglagers zusammenwirkt.
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Der Revolverkopf 5 wird nach erfolger Zentrierung mittels eines Schnellverschlusses
17, der in der Art eines Bajonettverschlusses ausgebildet ist, in seiner Lage eindeutig
fixiert.
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Am revolverkopfseitigen Ende des Zentralträgers 20 ist der zur Verfügung
stehende freie Raum zur Aufnahme eines umlaufenden ölverteilers 26 ausgenutzt, der
am Anschluß 27 vorzugsweise über eine Schnellkupplung mit einer flexiblen Zulaufleitung
verbunden werden kann. Eine vom ölverteiler 27 wegführende Leitung ist bei 28 angedeutet.
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Die Antriebseinheit 7 der Bearbeitungsmaschine befindet sich unterhalb
des Revolverkopfes und ist über ein allgemein mit dem Bezugszeichen 29 gekennzeichneten
Getriebe mit einer Einrückeinheit 30 verbunden, die über eine Zylinder-Kolben-Anordnung
31 zwischen einer entkuppelten Position und einer Kupplungsposition umsteuerbar
ist. In der Kupplungsposition befindet sich die Einrückeinheit 30 in kraftschlüssigem
Eingriff mit der Antriebswelle 33 einer in der Halterung 6 angeordneten und justierten
Kassette, wobei vorteilhaft ist, daß die für die Arbeitswerkzeuge der jeweiligen
Kassette benötigten Drehzahlen durch ein in der Kassette vorgesehenes Getriebe erzeugt
werden. Die Drehzahl des Zentralantriebs 7 ist relativ niedrig, z.B. etwa 700 Umdrehungen
pro Minute, wodurch sich in der Bearbeitungsmaschine ein günstiger Wärmegang ergibt.
Wenn in der Kassette aufgrund der dort benötigten höheren Drehzahl eine größere
Wärmeentwicklung/Wärmegang entsteht, so ist dies nicht störend, da sich die Kassette
nur während eines relativ kurzen Zeitraums im Einsatz befindet und nach erfolgtem
Weiterschalten des Revolverkopfes wieder abkühlen kann.
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Die Einrückeinrichtung 30 ist klauenartig ausgebildet, wobei die einzelnen
Klauenelemente 32 an ihren freien Enden schneidenartig geformt sind. Die kassettenseitig
vorgesehenen Gegenelemente bestehen aus zwischen die Klauenelemente 33 eingreifenden,
drehbar gelagerten Rollen, insbesondere Kugellagern, wodurch sichergestellt ist,
daß unabhängig von der jeweiligen Relativlage der beiden miteinander zu verbindenden
Teile beim Vorschub der Einrückeinrichtung 30 eine zwangsläufige und exakte Kupplung
erhalten wird.
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Es ist ersichtlich, daß der Vorgang des Auswechselns des mit justierten
Kassetten bestückten Revolverkopfes 5 ohne aufwendige Demontagearbeiten erfolgen
kann, da zum Zwecke des Auswechselns lediglich eine ggf. vorhandene Zuleitung zum
ölverteiler über eine Schnellkupplung gelöst und dann nach öffnen des Schnellverschlusses
17 bereits der Revolverkopf abgehoben und durch einen neuen> wiederum bereits
mit justierten, jedoch zur Bearbeitung eines anderen Werkstücks bestimmten kassettenbestückten
Revolverkopf ersetzt werden kann.