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Werkstück-Handhabungseinrichtung für Drehautomaten
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum selbsttätigen Be-.und
Entladen von Werkzeugmaschinen, insbesondere von Drehautomaten, mit einer drehbeweglich
und axial verschiebbar gelagerten Welle und mit mindestens einem über einen Ladearm
mit der Welle verbundenen Werkstückgreifer, der über auf die Welle wirkende Antriebe
in unterschiedliche axiale Arbeitslagen und in unterschiedliche, durch Anschläge
bestimmte Winkelstellungen bewegbar ist.
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Einrichtungen dieser Art sind beispielsweise in ~Mehrspindel-Drehautomaten,
Dr.-Ing. Günter Spur, Carl Hanser Verlag München, Seiten 264 - 267, beschrieben
und werden in die hiermit auszurüstende Drehmaschine fest eingebaut. Sie sind in
zahlreichen Ausführungsformen bekannt, denen allesamt der Nachteil anhaftet, daß
sie jeweils nur für einen speziellen Drehmaschinentyp ausgelegt sind, wodurch ihre
Anwendung bei anderen Drehmaschinen in der Regel nicht möglich ist oder aber erhebliche
Umbaumaßnahmen erfordert. Ferner sind solche Einrichtungen relativ sperrig und aufwendig
in ihrer Konstruktion.
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Es sind daher sogenannte Industrieroboter für die Zuführung von Werkstücken
eingesetzt worden, die aufgrund ihrer auf die Verwendung von numerischen Steuerungsmittel
basierenden Flexibilität sehr vielseitig einsetzbar sind und die der Forderung genügen,
daß eine Werkstück-Handhabungseinrichtung weitgehend werkstück- und maschinenunabhängig
sein soll (ZWF 73, 1978, H. 8, S. 393, 394). Diese Industrieroboter entsprechen
aber nicht der weitergehenden Forderung nach maßvoller Flexibilität hinsichtlich
der Anpassung an Werkstück und Drehmaschine, da sie in der Regel zu universell und
damit zu teuer sind, insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Bewegungsablauf
beim Beschicken einer Drehmaschine auch bei unterschiedlichen Werkstücken meist
unverändert bleiben kann und nur die Werkstückgreifer und einzelne Weglängen angepaßt
werden müssen.
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Einrichtungen dieser Art sind somit in vielen Fällen, insbesondere
bei der Serienfertigung zu teuer, sie verursachen komplizierte Wartungsarbeiten
und erfordern einen Platzbedarf für die Gesamtanlage, da sie nur neben der Drehmaschine
stehend einsetzbar sind.
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In Drehmaschinen integrierte Handhabungseinrichtungen haben dagegen
wesentlich geringeren Platzbedarf und sind auch viel besser in Arbeitsschutz- und
Lärmschutzmaßnahmen einzubeziehen. Hieraus ergibt sich das Bedürfnis, die insbesondere
bei Mehrspindel-Drehautomaten und Frontdrehautomaten durch den Einsatz in der Großserienproduktion
entstandenen Spezialausführungen von Werkstück-Handhabungseinrichtungen mit Einzweckcharakter
dahingehend zu verbessern, daß sie eine in die Drehmaschine zu integrierende kompakte
Werkstück-Handhabungseinrichtung darstellen, wobei ihre Steuerung so auszubilden
ist, daß eine maßvolle Flexibilität zur Anpassung an Anderungen des zu handhabenden
Werkstückes erreicht wird.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer neuen Einrichtung
zum Zuführen und Abführen von Werkstücken an Arbeitsmaschinen, deren konstruktive
Ausbildung einen Anbau an verschiedene Maschinentypen ermöglicht, ohne daß größere
Veränderungen vorzunehmen sind,
und die eine freie Auswahl mehrerer
und von Fall zu Fall veränderlicher Schwenk- und Axialpositionen der Werkstückgreifer
ermöglicht.
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Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Art ist diese
Aufgabe dadurch gelöst, daß die die Winkelstellungen bestimmenden Anschläge gleichzeitig
die axiale Bewegung der Welle steuernde Anschläge sind, denen durch die axiale Bewegung
der Welle in Eingriff bringbare Rastglieder zugeordnet sind, die über ein federndes
Zwischenglied über mindestens einen Bereich der axialen Bewegung in Eingriff gehalten
sind, und daß mit den Rastgliedern korrespondierende Kurvenstücke vorgesehen sind,
über die mit Hilfe eines Tasters die Antriebsdrehzahl der Welle veränderbar ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Auvsbildung der Einrichtung weist eine Reihe
von Vorteilen auf. Dadurch, daß alle Antriebs- und Steuerungsmittel mit den übrigen
mechanischen Teilen der Einrichtung eine wenig Raum beanspruchende Baueinheit bilden,
die als Ganzes in einer Aufnahmebohrung eines Maschinenteiles festlegbar ist, wird
erreicht, daß die Einrichtung bei allen Maschinentypen ohne Anpassungsmaßnahmen
anbaubar ist, denn bei Front- und Mehrspindel-Drehautomaten sind solche Aufnahmebohrungen
in aller Regel vorhanden. Die Ausbildung der Anschläge als einschraubbare Schrauben
und ihre Ausnutzung zur Ansteuerung von Axial- und Winkelpositionen der Welle kann
die Zuordnung zu jeder über einen Winkelcodierer frei vorwählbaren Winkelposition
der Welle durch je eine beliebig lange Anschlagschraube erfolgen, wobei als Winkelcodierer
in besonders einfacher Weise ein Stufenschalter eingesetzt werden kann. Damit wird
eine bisher nicht bekannte, für alle werkstückabhängigen Anpassungsmaßnahmen völlig
ausreichende, kostengünstige Flexibilität der Einrichtung erzielt. Als Alternative
zum Stufenschalter kann auch eine entsprechende Anzahl von Nockenschaltern eingesetzt
werden. Durch die Kurvensteuerung wird das Anfahren einer gewünschten Winkelstellung
mit sich verringernder Drehgeschwindigkeit möglich, was sich günstig auf die Lebensdauer
auswirkt.
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Vorteilhaft wirkt sich weiterhin aus, daß alle Axialbewegungen über
nur einen Endschalter und alle Winkelpositionen ebenfalls nur über einen Endschalter
abschaltbar sind, so daß der steuerungstechnische Aufwand ein Minimum erreicht.
In besonders vorteilhafter Weise ist jede Schwenkposition durdh eine Verriegelung
arretiert. Diese Verriegelung wird unabhängig von der axialen Position der Welle
durch Federn ständig aufrechterhalten und ist nur in der einen Endstellung der Welle
gelöst, nu'r in dieser Position kann die Welle geschwenkt werden.
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Die-Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles beschrieben. Im einzelnen zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt
durch die erfindungsgemäße Einrichtung, Figur 2 einen Schnitt gemäß der Linie I
- I in Figur 1 und Figur 3 einen Schnitt gemäß der Linie II - II in Figur 1.
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Die in Figur 1 nur teilweise dargestellte Werkstück-Handhabungseinrichtung
besteht aus einem Gehäuse 1, an das rechtsseitig ein Hydraulikzylinder 2 angeflanscht
ist, der in einer Ausnehmung 3 eines nur angedeuteten Drehmaschinengestells 4 -
vorzugsweise im Spndelkasten -aufgenommen wird. Die Ausnehmung 3 erstreckt sich
parallel zu der nicht dargestellten Drehspindelachse.
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Das Gehäuse 1 und das Drehmaschinengestell 4 sind außerdem durch Schrauben
5 miteinander verbunden. Eine im Gehäuse 1 drehbar und längsverschieblich gelagerte
Welle 6 weist im Bereich des Hydraulikzylinders 2 einen als Kolben 7 ausgebildeten
Bund auf und erstreckt sich weiter durch das Drehmaschinengestell 4 hindurch bis
in den hier nicht ersichtlichen Arbeitsraum der Drehmaschine und trägt dort axial
verstellbar einen Ladearm, der - da an sich bekannt und nicht zur Erfindung gehörend
- ebenfalls nicht dargestellt ist. Zwecks Aufnahme
von Leitungen
zur Zuführung eines Druckmittels zu den ebenfalls nicht dargestellten Werkstückgreifern
an dem Ladearm ist die Welle 6 hohl ausgebildet. Linksbündig an die Welle 6 ist
ein an sich bekannter Druckmittelverteiler angeflanscht, der im wesentlichen aus
zwei Teilen 8 und 9 besteht, von denen der mit der Welle 6 verschraubte flanschartige
Teil 9 einen größeren Durchmesser aufweist, als die Welle 6 und somit eine axiale
Anlagefläche 10 bildet, gegen die ein mit der Welle 6 verbundenes Antriebsrad 11
unter der Wirkung einer oder mehrerer Federn 12 anliegt. Mit ihren anderen Seiten
stützen sich die vorgespannten Federn 12 an einer Buchse 13 ab, die eine Lagerstelle
der Welle 6 bildet und sich in einer abgesetzten Bohrung 14 des Gehäuses 1 über
deren Planfläche auch axial gegen das Gehäuse 1 abstützt. Die Buchse 13 und das
als Zahnrad ausgebildete Antriebsrad 11 sind mit der Welle 6 durch eine Paßfeder
15 undrehbar verbunden, aber zur Welle 6 und relativvzueinander axial vershieblich.
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In auf einem Teilkreis der Buchse 13 in gleichen Winkelabständen angeordneten
Gewindebohrungen können verschieden lange Anschlagschrauben 16 angeordnet werden,
die durch seitliche Gehäuseöffnungen 17 (Figur 3) zugänglich und somit auswechselbar
sind. Der unterhalb der Welle 6 gezeichneten Anschlagschraube 16 ist ein Anschlag
18 zugeordnet, der auf der Welle 6 drehbar und durch einen Sicherungsring 19 sowie
eine Planfläche 22 an der Welle 6 axial unverschiebbar angeordnet ist. Eine im Anschlag
18 radial angeordnete Schraube 20 gleitet mit ihrem Kopf in einer Längsnut 21 des
Gehäuses 1 und verhindert somit eine Verdrehbewegung gegenüber dem Gehäuse 1. Die
aus Figur 3 ersichtliche Breite der Anschlagfläche des Anschlages 18 entspricht
im wesentlichen dem kleinstmöglichen Abstand zweier Anschlagschrauben 16, also dem
Winkelabstand zweier entsprechender Gewindebohrungen in der Buchse 13. Hierdurch
ist gewährleistet, daß dem Anschlag 18 für jede Winkelposition, die die Buchse 13
einnehmen kann, immer eine Anschlagschraube 16 zugeordnet ist.
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An dem Antriebsrad 11 ist eie durch einen Radialeinstich gebildete
Ausnehmung 26 vorgesehen, die von einem Zahnkranz 23 begrenzt ist,
mit
dem ein Antriebsrad 24 für einen am Gehäuse 1 befestigten Winkelcodierer 25 kämmt.
In den Radialeinstich 26 greift ein mit dem Gehäuse 1 verschraubter weiterer Axialanschlag
27 ein, der aus zwei aus Montagegründen halbkreisförmigen Ringen besteht, wobei
der untere eine Ausnehmung zum:Gehäuse 1 hin aufweist, damit das Antriebsrad 24
für den Winkelcodierer 25 in den Zahnkranz 23 eingreifen kann, vgl. Figur 1. Wie
am besten aus Figur 2 zu ersehen ist, kämmt das Antriebsrad 11 der Welle 6 mit einem
Ritzel 28 eines die Welle 6 antreibenden Hydromotors 29, der am Gehäuse 1 befestigt
ist.
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Am Antriebsrad 11 ist für jede einzufahrende Winkelposition eine Steuerkurve
30 befestigt, die vor Erreichen der genauen Winkelposition des Antriebsrades 11
den Stößel eines ebenfalls am Gehäuse 1 befestigten Steuergeräte 31 verstellt und
dadurch den Druckmittelzufluß zum Hydromotor 29 so steuert, daß dessen Drehzahl
um so stärker reduziert wird, je weiter das Antriebsrad 11 der Welle 6 sich einer
vorgegebenen Winkellage nähert. Gegenüber jeder Steuerkurve 30 ist der anderen Seite
des Antriebsrade 11 ein Rastnocken 32 angeschraubt, dem jeweils eine in einem mit
dem Gehäuse 1 verschraubten Gehäuseteil 1.1 - vgl. Figur 1 - vorgesehene Rastnut
33 zugeordnet ist.
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Durch diese vorstehend beschriebenen Rastmittel wird die Winkellage
des Antriebsrades 11 und damit der Welle 6 sowie des damit verbundenen, nicht dargestellten
Ladearmes im Arbeitsraum der Maschine eindeutig fixiert. Es ist daher ohne weiteres
ersichtlich, daß jeder einzufahrenden Winkellage je eine Steuerkurve 30 und je ein
Rastnocken 32 zugeordnet ist. Das Einrasten der genannten Rastmittel wird durch
einen Endschalter 34 (Figur 1) ausgelöst, der im Gehäuseteil 1.1 angeordnet ist
und die Position des Rastnockens 32 abfühlt.
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Dieser Endschalter 34 kann von beliebiger Bauart sein. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel ist er als berührungsloser Schalter ausgebildet, der durch ein
am Rastnocken 32 einstellbar angeordnetes Bedämpfungselement 35 beaufschlagt wird.
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Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Während der
Durchführung eines Arbeitszyklus der Drehmaschine ist der Kolben 7 von rechts über
die Druckmittelzufuhr-Bohrung 36 beaufschlagt,
der Anschlag 18
auf der Welle 6 befindet sich in der nicht dargestellten linken Endposition und
drückt dadurch über eine Anschlagschraube 16 die Buchse 13 in Anlage mit dem Antriebsrad
11 in bezug auf Figur 1 nach links, wobei die linke Planseite des Zahnkranzes 23
am Axialanschlag 27 anliegt und der Rastnocken 32 in die Rastnut 33 eingreift. Die
Federn 12 werden hierbei weiter gespannt.
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Diese Endstellung wird durch einen nicht dargestellten Endschalter
überwacht, der bei der axialen Verschiebung der Buchse 13 in bezug auf Figur 1 nach
links in deren linker Endstellung beaufschlagt wird.
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Sobald die Werkzeugmaschine ihren Arbeitszyklus beendet hat , gibt
die hier nicht dargestellte Steuerung der Drehmaschine das Kommando "axial nach
rechts", hierdurch wird durch Freigabe entsprechender, nicht gezeigter Druckmittelleitungen
der Kolben 7 linksseitig beaufschlagt, wodurch die Welle 6 und damit der Anschlag
18 nach rechts verschoben werden. Dadurch verringert sich zunächst die Kraft, die
auf der Anschlagschraube 16 lastet, so daß die Federn 12 die Buchse 13 gleichzeitig
mit dem Verschieben des Anschlages 18 nach rechts bis gegen die Anlagefläche in
der abgesetzten Bohrung 14 des Gehäuses 1 verschieben. Ist diese Position erreicht,
so löst sich der Anschlag 18 von der Anschlagschraube 16 und wandert dann weiter
nach rechts.
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Während dieser Axialbewegung behält die Buchse 13 die rechte Endstellung
und das Antriebsrad 11 infolge der Wirkung der Federn 12 die linke Endstellung bei,
die jetzt keiner äußeren Kraft ausgesetzt sind. Durch die Federn wird sichergestellt,
daß während der Axialbewegung die aus Rastnocken 32 und Rastnut 33 bestehende Sicherung
der Winkelstellung der Welle 6 ständig aufrechterhalten bleibt. Erst kurz vor Erreichen
der rechten Endstellung trifft der Flanschteil 9 des Druckmittelverteilers auf das
Antriebsrad 11 und verschiebt dieses axial gegen die Wirkung der Federn 12, wodurch
der Rastnocken 32 die Rastnut 33 verläßt und alle Teile die in Figur 1 gezeigte
Lage einnehmen. In dieser Stellung wird durch das Antriebsrad 11 ein nicht gezeigter
Endschalter betätigt, der die beschriebene Teilbewegung durch ein Signal axial rechts"
als beendet meldet und damit die Startvoraussetzung für die nächste Teilbewegung
liefert, der ein Steuerbefehl "Schwenken bis Winkelposition X entspricht.
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Durch diesen Steuerbefehl wird der Hydromotor 29 mit Druckmittel beaufschlagt
und somit eine Schwenkbewegung eingeleitet, bis der Winkelcodierer 25 Position X
erreicht" meldet. Dieses Signal bewirkt eine Axialverschiebung des Fühlers im Steuergerät
31, bis dieser auf die dieser Position zugeordnete Steuerkurve 30 am Antriebsrad
11 auftrifft, durch deren Steigungsmaß nunmehr die weitere Bewegung des Fühlers
gesteuert wird, der eine ständige Drehzahlreduzierung des Hydromotors 29 veranlaßt,
und zwar, bis der Endschalter 34 durch ein Signal die genaue Winkelposition meldet,
in der nun durch einen weiteren Steuerungsbefehl "axial nach links" die Verriegelung
der Teile in dieser Schwenk- oder Winkelstellung erfolgt. Sobald die Axialbewegung
einsetzt, wandert der Flanschteil 9 des Druckmittelverteilers nach links, so daß
die Federn 12 eine Verschiebung des Antriebsrades 11 nach links bewirken können,
wobei der nunmehr in der Schaltstellung befindliche Rastnocken in die Rastnut 33
eintritt, bis die Anschlagfläche am Zahnkranz 23 im Radialeinstich 26 des Antriebsrades
11 auf den Axialanschlag 27 trifft.
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Auf diese Weise ist sichergestellt, daß sofort nach Beendigung der
Schwenkbewegung die Verriegelung wirksam wird und eventuelles Lecköl im Hydromotor
29 die Genauigkeit der angesteuerten Winkelposition nicht beeinflussen kann. Bei
weiterer Axialbewegung der Welle 6 nach links trifft der Anschlag 18 auf die jetzt
in den Bewegungsbereich eingeschwenkte weitere Anschlagschraube 16, wodurch die
Buchse 13 gegen die Kraft der Federn 12 verschoben wird, bis sie am Antriebsrad
11 anliegt und über den Axialanschlag 27 die Bewegung beendet. Diese Position wird
über den schon genannten Endschalter der Steuerung der Drehmaschine als Startbedingung
für einen weiteren Bewegungszyklus zur Ansteuerung weiterer Positionen rückgemeldet.
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Aus der vorstehend beschriebenen Wirkungsweise ist zu ersehen, daß
durch die Steuerung der Drehmaschine in beliebiger Reihenfolge so viele Längspositionen
und Winkelpositionen ansteuerbar sind, wie Anschlagschrauben 16 an der Buchse 13
und Rastnocken 32 an dem Antriebsrad 11 anbaubar sind. Zwar ist die Anbaumöglichkeit
dieser Steuermittel räumlich begrenzt, hierdurch wird jedoch der Einsatzbereich
der
beschriebenen Einrichtung im Sinne der Aufgabenstellung nicht
nachteilig beeinflußt. Sobald die Einrichtung einmal an eine bestimmte Drehmaschine
angebaut ist, dann sind durch die vorgegebenen räumlichen Bedingungen im Arbeitsraum
der Drehmaschine und im Hinblick auf die vorgegebenen Anbaumöglichkeiten von Werkstückzuführrinnen
sowie die mögliche Lage einer Werkstückwendeeinrichtung ohnehin Einschränkungen
vorgegeben#, die die Freizügigkeit hinsichtlich der Wahl möglicher Schwenkpositionen
wesentlich einschränkt.
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Die beschriebene Werkstück-Handhabungseinrichtung ist an jede Drehmaschine
anbaubar, wobei die Anpaßarbeiten lediglich darin bestehen, die Rastnocken 32 und
die zugeordneten Steuerkurven 30 entsprechend den Gegebenheiten des jeweiligen Maschinentyps
anzubauen. Hier kann eine weitere Vereinfachung auch dadurch erreicht werden, daß
diese Steuermittel im Träger verstellbar in Umfangsrichtung, zum Beispiel in einer
umlaufenden Nut, angeordnet werden. Auch eine Umkehrung des Verriegelungsprinzips,
in dem die Rastnocken 32 fest am Gehäuseteil.
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1.1 und die zugeordnete Nockenaufnahme 33 am Antriebsrad 11 angeordnet
sind, ist möglich. Alle diese Varianten erlauben die Verwendung nur eines Endschalters
34 als Signalgeber für die Steuerung für sämtliche Winkelpositionen.
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Der gleiche steuerungstechnische Mindestaufwand ist auch hinsichtlich
der Überwachung aller Längspositionen der Welle 6 erreicht, und zwar dadurch, daß
die Buchse 13 als Trommelanschlag ausgebildet ist, so daß auch hier ein einziger
Endschalter zur Überwachung sämtlicher Positionen ausreicht. Das Anfahren der Positionen
erfolgt gedämpft durch hydraulische oder mechanische Mittel; im einfachsten Fall
durch eine kegelige Ausbildung der dargestellten Anschlagflächen.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet somit eine bisher nicht gekannte
Vielzahl von ansteuerbaren Positionen in Axial- und Umfangsrichtung, darüber hinaus
völlige Unabhängigkeit hinsichtlich der Reihenfolge der Bewegungen und sie ermöglicht
darüber hinaus einen Gesamtschwenkwinkel von mehr als 3600 bezogen auf den Gesamtarbeitszyklus
der Werkstück-Handhabungseinrichtung, woraus sich weitere Vorteile hinsichtlich
des Einsatzbereiches ergeben.
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