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In Verbindung mit einer Werkstück-Bearbeitungs-
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maschine zu verwendende Einrichtung zum Spannen bzw. Abspannen von
Werkstücken Die Erfindung betrifft eine in Verbindung mit einer Werkstück-Bearbeitungsmaschine
zu verwendende Einrichtung zum Spannen bzw. Abspannen von Werkstücken in bzw. von
einer zwischen einer Spannstation und einer Bearbeitungsstation verfahrbaren Werkstück-Palette
getragenen Werkstück-Spannvorrichtung, wobei der Spannvorrichtung an der Spannstation
mindestens ein Druckmediumanschluß zum Beaufschlagen der Spannvorrichtung zugeordnet
ist.
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Bei der Serienfertigung von insbesondere spanabhebend zu bearbeitenden
Werkstücken mittels einer Bearbeitungsmaschine, z.B. eine mit einem Werkzeugmagazin
ausgestattete Maschine, deren Werkzeuge in der gewünschten Programmfolge mittels
eines Werkzeugwechslers in Wirkverbindung mit der Maschinenspindel
gebracht
werden, so daß das jeweilige Werkstück in der Bearbeitungsstation in vorgegebener
Weise gebohrt, gefräst usw. wird, wird das jeweilige Werkstück ausserhalb der Bearbeitungsstation
in einer Spannstation auf eine am Maschinenbett verfahrbar gelagerte Palette gespannt,
die sodann in die Bearbeitungsstation gefahren wird. Ist das Werkstück bearbeitet,
gelangt die Palette mit dem Werkstück wieder in die Spannstation, wo das Abspannen
des bearbeiteten Werkzeugs und das Aufspannen eines zu bearbeitenden Werkzeugs erfolgt.
Dabei sind in der Regel zwei Spannstationen vorhanden, um sozusagen im Durchlaufverfahren
arbeiten zu können, wobei sich jeweils eine Palette mit einem zu bearbeitenden Werkstück
in der Bearbeitungsstation und die andere Palette in einer der beiden Spannstationen
befindet. All dies läßt sich weitgehend durch eine Maschinensteuerung steuern. Nicht
steuerbar bzw. nicht in die Maschinensteuerung integrierbar ist äedoch bis jetzt
das Ankuppeln bzw..Abkuppeln der Spannvorrichtung in der Spannstation an bzw. von
der Druckmediumversorgung. Hier wird seither so vorgegangen, daß an der Spannstation
auf an der Palette oder an der Spannvorrichtung angeordnete Anschlußnippel, die
mit den einzelnen Spannstellen der Spannvorrichtung verbunden sind, von Hand Schläuche
aufgesteckt werden, wonach durch Ventilbetätigung die Druckmediumzufuhr bzw. -abfuhr
zum Spannen bzw. Abspannen erfolgt.
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Dies ist umständlich und zeitaufwendig.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe die Druckmediumbeaufschlagung
der Spannvorrichtung
in gesteuerter Weise erfolgt, so daß sich
ein automatischer Verfahrensablauf erzielen läßt. Dabei sollen die erforderlichen
Maßnahmen möglichst einfach und billig in der Herstellung sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Spannstation
eine ortsfeste, den mindestens einen Druckmediumanschluß aufweisende und zwischen
einer wirksamen und einer unwirksamen Stellung mittels einer Antriebsvorrichtung
verstellbare Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung angeordnet ist, die in ihrer
wirksamen Stellung die Palette verriegelt und j jeden Druckmediumanschluß in dichter
Verbindung mit der Mündung der zugeordneten palettenseitigen, an die Spannvorrichtung
angeschlossenen Druckmediumleitung hält und die in ihrer unwirksamen Stellung die
Palette freigibt, und daß eine Steuerungseinrichtung vorhanden ist, derart, daß
nach dem Eintreffen der ein bearbeitetes Werkstück tragenden Palette in die Spannstation
ein Verriegelungs- und Kupplungssignal die Antriebsvorrichtung betätigt und hierdurch
die Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung in die wirksame Stellung überfführt
wird, von deren Bewegung ein die Druckmediumabfuhr von der Spannvorrichtung durch
den mindestens einen Druckmediumanschluß in Gang setzendes Stellsignal abgeleitet
ist, und daß nach dem Abnehmen des bearbeiteten Werkstücks und dem Aufsetzen eines
anschließend zu bearbeitenden Werkstücks ein Spannsignal die Druckmediumversorgung
auf Zufuhr umschaltet, wonach, ist das zu bearbeitende Werkstück gespannt, ein Entriegelungs-
und Entkupplungssignal die Antriebsvorrichtung betätigt und hierdurch die
Verriegelungs-
und Kupplungsvorrichtung in ihre unwirksame Stellung überführt wird.
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Mit Hilfe dieser Einrichtung läßt sich ein vollautomatischer Ablauf
erzielen, vor allem wenn man das Aufsetzen und Abheben der Werkstücke mittels eines
geeigneten Handhabungsgerätes mit einem Greifer vornimmt. In diesem Falle kann man
die Steuerung so schalten, daß über einen geeigneten Endschalter beim Eintreffen
der Palette in der Spannstation das Handhabungsgerät in Gang gesetzt wird und das
bearbeitete Werkstück ergreift, wonach das Handhabungsgerät das Verriegelungs- und
Kupplungssignal abgibt, so daß das Verriegeln der Palette und die Ankupplung des
Druckmediumsystems erfolgt. Steht die Spannvorrichtung nicht mehr unter Druck, entnimmt
das Handhabungsgerät das Werkstück und setzt ein neues Werkstück auf.
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Ist dieser Schritt ausgeführt, gibt das Handhabungsgerät das Spannsignal
ab und nach der Meldung "Werkstück gespannt" (Entriegelungs- und Entkupplungssignal)
erfolgt die Entriegelung der Palette und die Abkopplung der Druckmediumversorgung.
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Sodann schaltet das Programm weiter und die Palette fährt in die Bearbeitungsstation.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie zweckmäßige Ausgestaltungen
werden nun anhand der Zeichnung beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 die sehr schematische Vorderansicht einer Werkstück-Bearbeitungsmaschine,
Fig.
2 die Spannstation der Maschine nach Fig. 1 bei unwirksamer Verriegelungs- und Supplungsvorrichtung
in schematischer Darstellung in Teilansicht im Vertikal schnitt, Fig. 5 die Anordnung
nach Fig. 2 bei wirksamer Verriegelungs-und Kupplungsvorrichtung und Fig. 4 einen
Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2.
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Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Weise eine Werkstück-Bearbeitungsmaschine
von vorne. Auf dem Maschinenbett 1 sind auf einer geeigneten Führungsbahn zwei Paletten
2,3 in Maschinenlängsrichtung hin und her verfahrbar gelagert. Die Palettenbahn
sitzt vor dem die Maschinenspindel tragenden Maschinenteil, wobei die Maschinenspindel
mit dem in eine gestrichelt angedeutete Werkzeugkassette 4 eingesetzten Werkzeug
5, z.B. ein Bohrer, ein Fräser usw., in Wirkverbindung steht. Der Bearbeitungsmaschine
ist ein Werkzeugspeicher zugeordnet, in dem die gemäß einem vorwählbaren Programm
abrufbaren Werkzeuge jeweils in einer Kassette sitzen, wobei die Kassetten mittels
eines Werkzeugwechslers aus ihrer Speicherstellung in die dem Werkstück gegenüber
liegende Bearbeitungsstellung überführbar sind.
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Von den beiden Paletten 2,3 befindet sich die Palette 3 in der Bearbeitungsstation
6, während die Palette 2 in eine der beiden beiderseits der Bearbeitungsstation
angeordneten Spannstationen 7,7a gefahren ist. Jede Palette trägt eine Spannvorrichtung
mit je nach der Werkstückgestalt mehreren Spannstellen 8,
die das
jeweilige Werkstück 9 bzw. 1o hält. Diese Spannvorrichtung ist mit Druckmedium,
insbesondere ein Hydraulikmedium, beaufschlagbar, es handelt sich hier um Spannzylinder.
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Das in der einen Spannstation 7 befindliche Werkstück 9 ist beispielsweise
gerade bearbeitet worden und wird nach dem Lösen der Spannvorrichtung durch ein
neues Werkstück ersetzt, das nach seinem Spannen auf der Palette 2 in die Bearbeitungsstation
6 fährt. Gleichzeitig wird die andere Palette 3, dessen Werkstück 1o während des
Umladens der Palette 2 bearbeitet worden ist, in die andere Spannstation 7a gefahren.
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All dies ist bekannt, so daß hierauf nur andeutungsweise eingegangen
worden ist.
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Das Hin- und Herfahren der Paletten, das Werkzeugwechselsystem der
Maschine sowie die Betätigung des Spannablaufs innerhalb der Spannvorrichtung, die
zum Ausrichten und Spannen des äeweiligen Werkstücks in der Regel mehrere Spannstellen
bzw.
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Spannzylinder enthält, erfolgt auf vorprogrammierbare oder voreinstellbare
Weise mittels einer geeigneten Maschinensteuerung und zugehörigen Schaltern. Nicht
möglich war es bis jetzt jedoch, die Druckmediumversorgung der Spannvorrichtung
an der jeweiligen Spannstation in die Maschinensteuerung zu integrieren.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist deshalb an jeder Spannstation
eine ortsfeste, zwischen einer wirksamen (Fig. 3) und einer unwirksamen (Fig. 2)
Stellung mittels einer Antriebsvorrichtung verstellbare Verriegelungs- und
Kupplungsvorrichtung
11 vorgesehen, deren Ort innerhalb der Maschine in Fig. 1 gestrichelt angedeutet
ist und deren Aufbau im einzelnen aus den Fig. 2,3 und 4 hervorgeht. Beim Ausführungsbeispiel
sind also der Anzahl der Spannstationen entsprechend zwei solche Verriegelungs-
und Kupplungsvorrichtungen vorhanden, die im Maschinenbett unterhalb der Führungsbahn
für die Paletten angeordnet sind. Selbstverständlich kann es sich auch um weniger
oder mehr als zwei Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtungen handeln, wobei die
Spannstation und somit die Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung auch ausserhalb
der Maschine vorgesehen werden kann, z.B. wenn eine Spannstation mehreren Bearbeitungsmaschinen
zugeordnet ist, zu denen jeweils Palettenführungen verlegt sind.
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In den Fig. 2 und 3 befindet sich beispielsweise die Palette 2 in
der Spannstation 7. In der Palette 2 verlaufen je nach Ausbildung der Spannvorrichtung
im einzelnen eine oder mehrere Druckmediumleitungen 12, die einerseits an der Palettenunterseite
13 und andererseits an der Palettenoberseite 14 ausmünden. Diese als die Palette
durchziehende Kanäle ausgebildeten Druckmediumleitungen 12 setzen sich in Kanälen
15 fort, die innerhalb einer auf die Palette aufgesetzten Grundplatte 16 der Spannvorrichtung
verlaufen. Hierdurch wird eine Verbindung zwischen der Palettenunterseite 13 und
der Spannvorrichtung hergestellt, deren Spannzylinder in Fig. 2 gestrichelt angedeutet
ist. In der Spannvorrichtung enthaltene Ventile, die das Druckmedium in den Spannzylindern
zurückhalten, wenn eine Abkupplung vom Druckmedium-Versorgungssystem stattgefunden
hat,
sind der Sbersichtlichkeit wegen nicht eingezeichnet. In der Palette 2 ist ferner
eine in axialer Richtung verlauf ende Verriegelungsausnehmung 17 ausgebildet, die
mindestens an der Palettenunterseite 13 offen ist. Am Innenumfang der Verriegelnngsausnehmung
17 ist eine Verriegelungsnut 18 eingearbeitet.
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Jeder Druckmediumleitung 12 der Palette 2 liegt ein an der Verriegelungs-
und Kupplungsvorrichtung 11 angeordneter Druckmediumanschluß 19 gegenüber. Mit Hilfe
der Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung wird die Palette 2 in der Spannstation
verriegelt und an Ort und Stelle fixiert, wobei jeder Druckmediumanschluß 19 in
dichter Verbindung mit der Mündung der zugeordneten palettenseitigen Druckmediumleitung
12 gehalten wird. Dies geht aus Fig. 3 hervor, die die Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung
in ihrer wirksamen Stellung zeigt. Hierdurch erfolgt die Ankupplung der Spannvorrichtung
an das Druckmedium-Versorgungssystem. Dem gegenüber gibt die Verriegelungs- und
Kupplungsvorrichtung 11 in ihrer unwirksamen Stellung (Fig. 2) die Palette 2 frei,
so daß sie verfahren werden kann. In den Fig. 2 und 3 sind die hinter und vor der
Zeichenebene liegenden Führungsleisten, die zusammen die Führungsbahn für die Palettenbewegung
abgeben, der Vbersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.
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Im Maschinengehäuse 20 ist zwischen den Führungsbahnen für die Palette
ein Durchbruch 21 ausgebildet. In diesem Durchbruch sitzt ein Tragkörper 22 der
Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung
11, der in der wirksamen
Stellung zur Palette 2 hin angehoben und in der unwirksamen Stellung abgesenkt ist.
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Dieser Tragkörper 22 weist beim Ausführungsbeispiel tellerartige Rundgestalt
auf. An der Oberseite des Tragkörpers 22 sind ein mit der Palette 2 - und zwar mit
deren Verriegelungsausnehmung 17 - in Eingriff gelangender Verriegelungskörper 23
sowie die Mündungen der Druckmediumanschlüsse 19 angeordnet, denen - wie schon erwähnt
- an der Palettenunterseite 13 äeweils die Mündung einer an die Spannvorrichtung
angeschlossenen Druckmediumleitung 12 gegenüberliegt. Der Verriegelungskörper 23
befindet sich zentral am Tragkörper 22, während die Druckmediumanschlüsse 19 in
der benötigten Anzahl um den Verriegelungskörper herum verteilt angeordnet sind.
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Der Verriegelungskörper 23 sitzt endseitig an einer den Tragkörper
22, der einen zentralen Lagerfortsatz 24 aufweist, durchdringenden und zusammen
mit diesem anhebbaren und absenkbaren Verriegelungsstange 25, die mit einem Bund
26 auf dem Tragkörper aufliegt. Die Verriegelungsstange 25 ist ferner drehbar im
Tragkörper 22 gelagert. Die Antriebsvorrichtung zum Verstellen der Verriegelungs-
und Kupplungsvorrichtung 11 umfaßt einen zum Anheben und Absenken der Verriegelungs-
und Kupplungsvorrichtung dienenden Hubantrieb 27 z.B. in Gestalt eines Hubzylinders,
dessen Kolbenstange 28 parallel zur Verstellrichtung verläuft und in geeigneter
Weise, beispielsweise über ein Gestänge oder eine Platte 29, verschiebefest mit
dem Tragkörper 22 verbunden ist. Die Antriebsvorrichtung umfaßt ferner einen Schwenkantrieb
30, beim Ausführungsbeispiel ein Schwenkzylinder, mit dessen Hilfe
die
Verriegelungsstange 25 gedreht werden kann. Die Verbindung zwischen der Kolbenstange
31 des Schwenkzylinders und der Verriegelungsstange 25 wird beim Ausführungsbeispiel
über ein Hebelglied 32 hergestellt, das scheibenähnliche Gestalt besitzt und nockenartig
radial von der Verriegelungsstange absteht. Das Hebelglied 32 sitzt beispielsweise
über eine Nut-Federverbindung.33 drehfest auf der Verriegelungsstange 25 und an
seinem abstehenden Ende ist die Kolbenstange 31 angelenkt. Hierdurch wird die Linearbewegung
der Kolbenstange 31 in eine Drehbewegung der Verriegelungsstange 25 umgesetzt. In
Fig. 4 ist die eine Schwenklage mit ausgezogenen Linien und die andere Schwenklage
gestrichelt eingezeichnet.
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Zu erwähnen ist noch, daß die Verriegelungsstange 25 zwar drehfest,
hierbei jedoch axial verschieblich mit dem Schwenkantrieb verbunden ist, was beispielsweise
mit der schon erwähnten Nut-Federverbindung 33 bewerkstelligt wird.
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Somit läßt sich der Tragkörper 22 zusammen mit der Verriegelungsstange
25 mittels des Hubantriebs 27 aus der unwirksamen Stellung in die wirksame Stellung
anheben, in der der Verriegelungskörper 23 in die Verriegelungsausnehmung 17 der
Palette 2 eindringt und die Druckmediumanschlüsse 19 des Tragkörpers mit den Druckmediumleitungen
12 der Palette verbunden sind. Anschließend wird der Schwenkantrieb 30 betätigt,
so daß sich die Verriegelungsstange 25 dreht und der Verriegelungskörper 23 mit
einem radialen Verriegelungsvorsprung 34 in die Verriegelungsnut 18 an der Palette
eingreift.
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Die Verriegelung erfolgt also nach Art eines Bajonettverschlusses.
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Durch die Verriegelung wird sowohl die Spannvorrichtung an das - Druckmedium-Versorgungssystem
angeschlossen als auch sichergestellt, daß der Zusammenhalt selbst bei Druckstössen,
wie sie bei der Druckmediumzufuhr oder -abfuhr auftreten, gewährleistet ist.
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In den Mündungen der Druckmediumanschlüsse 19 und der Druckmediumleitu#ngen
12 sind federbelastete Kegelkörper 35 eingesetzt, die in der unwirksamen Stellung
der Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung dicht an einer in der Mündung ausgebildeten
Kegelfläche 36 anliegen, so daß ein auch das Eindringen von Schmutz verhindernder
Abschluß gegeben ist. In der wirksamen Stellung der Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung
treffen die einander fluchtend gegenüberliegenden Kegelkörper der Druckmediumanschlüsse
19 und der Druckmediumleitungen 12 aufeinander, so daß sie sich nach innen bewegen
und, wie aus Fig. 3 hervorgeht, ein ringförmiger Durchflußquerschnitt gegeben ist.
Es handelt sich hier um handelsübliche Hydraulikkupplungen.
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Der Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung sind zwei bei angehobenem
bzw. abgesenktem Tragkörper 22 ansprechende Endschalter 37 bzw. 38 und zwei jeweils
in einer der beiden Drehstellungen der Verriegelungsstange ansprechende Endschalter
39, 40 zur Weiterschaltung des Steuerprogramms zugeordnet. Dabei liegen beim Ausführungsbeispiel
die beiden Endschalter 37, 38 der Kolbenstange 28 des Hubantriebs gegenüber, wobei
sie von einem Anschlag 41 an der Kolbenstange betätigt werden. Ihr Abstand entspricht
dem Hub der
Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung, den diese
beim Überführen aus der unwirksamen in die wirksame Stellung und umgekehrt ausführt.
Die beiden anderen Endschalter 39 40 befinden sich in der Ebene des Hebelglieds
32, das bei entriegelter Verriegelungsstange am Endschalter 39 und bei verriegelter
Verriegelungsstange am Endschalter 40 (in Fig. 4 gestrichelte Lage) anliegt.
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Die Druckmediumanschlüsse 19 an der Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung
sind andernends mit einer Druckmediumquelle verbunden. Eine solche Verbindungsleitung
ist bei 42 angedeutet. Der Druckmediumdurchfluß durch diese Verbindungsleitung 42
zur Spannvorrichtung hin und von dieser weg wird von einem steuerbaren Ventil 43,
z.B. ein Magnetventil, beherrscht. Ferner ist in jeder Verbindungsleitung 42 ein
auf den Mediumdruck ansprechender Druckschalter 44 enthalten, der ebenfalls zur
Weiterschaltung des Steuerprogramms dient.
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Die Steuerung erfolgt folgendermaßen: Nach dem Eintreffen der ein
bearbeitetes Werkstück tragenden Palette 2 in die Spannstation 7 betätigt ein Verriegelungs-und
Kupplungssignal s die Antriebsvorrichtung, beim Ausführungsbeispiel den Hubantrieb
27. Dieses Signal kann entweder von Hand erfolgen oder zweckmäßigerweise von einem
Handhabungsgerät abgegeben werden, das auf maschinengesteuerte Weise das bearbeitete
Werkstück ergriffen hat und dies in Gestalt
des Verriegelungs-
und Kupplungssignals an die Antriebsvorrichtung meldet. Die Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung
wird dann in die wirksame Stellung überführt, wobei von dieser Bewegung ein die
Druckmediumabfuhr von der Spannvorrichtung durch den oder die Druckmediumanschlüsse
19 in Gang setzendes Stellsignal abgeleitet ist. Zwischen diesem Stellsignal und
dem vorangegangenen Verriegelungs- und Kupplungssignal erfolgt das Verriegeln der
Verriegelungsstange an der Palette, indem nach dem Hochfahren des Tragkörpers 22
mit der Verriegelungsstange 25 der Endschalter 37 den Schwenkantrieb 30 betätigt,
der die Verriegelungsstange dreht und den Verriegelungsvorsprung 30 in Eingriff
mit der Verriegelungsnut 18 bringt. In dieser Schwenkstellung wird der Endschalter
40 betätigt, der das erwähnte Stellsignal abgibt. Nach dem so erfolgten Verriegeln
und Verkuppeln der Druckmediumanschlüsse mit den Druckmediumleitungen bewirkt das
vom Endschalter 4o abgegebene Stellsignal t eine Druckentlastung der Spannvorrichtung,
wobei durch das Stellsignal t die verschiedenen Ventile betätigt und auf Druckmediumabfuhr
geschaltet werden.
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Es handelt sich hier zum einen um die Ventile 43 und zum anderen um
zu der Spannvorrichtung gehörende Ventile, die bei abgekuppelter Palette das Druckmedium
in der Spannvorrichtung zurückhalten, damit das jeweilige Werkstück gespannt bleibt.
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Nunmehr ist die Spannvorrichtung gelöst und das bearbeitete Werkstück-kann
abgenommen werden. Im Falle der Handhabung der Werkstücke mittels des schon erwähnten
Handhabungsgerätes, erhält dieses von den Druckschaltern 44, die anzeigen,
daß
die Spannvorrichtung gelöst ist, den Befehl, das Werkstück zu entnehmen. Anschließend
wird ein unbearbeitetes Werkstück, zweckmäßigerweise wiederum vom Handhabungsgerät,
aufgesetzt. Dieses - bei Fehlen eines Handhabungsgerätes kann auch eine Auslösung
von Hand erfolgen - gibt ein Spannsignal ab, das ein Umschalten der Ventile auf
Druckmediumzufuhr bewirkt. Hierdurch wird das neue Werkstück gespannt, was z.B.
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wiederum über die Druckschalter 44 gemeldet wird. Diese geben dann
ein Entriegelungs- und Entkupplungssignal u ab, das die Antriebsvorrichtung betätigt,
wodurch die Verriegelungs- und Eupplungsvorrichtung in ihre unwirksame Stellung
überführt wird. Hierbei wird zunächst der Schwenkantrieb 30 in Gang gesetzt, der
sich in die in Fig. 4 mit ausgezogenen Linien dargestellte Lage überstellt. Der
Endschalter 39 setzt dann den Hubantrieb 27 in Gang, der den Tragkörper und die
entriegelte Verriegelungsstange nach unten fährt, bis der Endschalter 38 betätigt
wird, der die Entriegelung anzeigt und dessen Ausgangssignal w das Abheben des Greifer
des Handhabungsgerätes bzw. den nachfolgenden Programmablauf einleitet.