DE3409775A1

DE3409775A1 - Bearbeitungszentrum zur formgebung von werkstuecken

Info

Publication number: DE3409775A1
Application number: DE19843409775
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokio/Tokyo Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1983-03-16
Filing date: 1984-03-16
Publication date: 1984-09-20
Also published as: FR2545397A1; FR2545397B1; US4596066A; JPS59169720A; GB2138596A; GB8406724D0; DE3409775C2; GB2138596B

Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken, Japan

Bearbeitungszentrum zur Formgebung von Werkstücken

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Bearbeitungszentrum, insbesondere ein neues und verbessertes Bearbeitungszentrum zur automatischen Formgebung eines oder mehrerer Werkstücke mit einem oder mehreren gleichartigen oder verschiedenen Formwerkzeugen unter Steuerung durch eine numerische Steuereinheit.

Es ist bekannt, daß ein Bearbeitungszentrum, das üblicherweise ein Werkzeugmagazin und einen Werkzeugwechsler umfaßt, ein hocheffizientes und vielseitiges Bearbeitungssystem darstellt, das zur Formgebung von Werkstücken mit komplizierter Kontur unter Einsatz einer Mehrzahl von Formwerkzeugen dient, die entweder jeweils einfacher, aber unterschiedlich geformt sind oder die ähnliche Form und unterschiedliche Größe haben. Diese Formwerkzeuge sind vorgeformt und werden in das Zentrum eingebracht und in einem Speicher im Werkzeugmagazin positioniert. Der Werkzeugwechsler arbeitet unter numerischer Steuerung und wählt die im Magazin befindlichen Werkzeuge in programmierter Reihenfolge aus, überführt jedes ausgewählte Werkzeug zu einem Werkzeughalter in der Werkzeugmaschine und

befestigt es dort. Die Werkzeugmaschine, die ζ. Β. eine Elektroerosionsmaschine ist, wird typischerweise ebenfalls vollständig numerisch gesteuert, so daß ein Werkstück mit vorbestimmter Oberfläche und vorgegebenem Präzisionsgrad bearbeitet oder gemäß einem vorbestimmten teilweisen Formgebungsmuster bearbeitet wird. Der Werkzeugwechsler entnimmt dann das Formwerkzeug aus der Werkzeugmaschine und bringt es zum Werkzeugmagazin zurück, wo es durch ein neues ausgewähltes Formwerkzeug ersetzt wird, das vom Werkzeugwechsler für einen anschließenden Bearbeitungsvorgang zur Werkzeugmaschine überführt wird. Es ist dabei auch möglich, ein anderes im Werkzeugmagazin befindliches Werkzeug für ein anderes in die Werkzeugmaschine eingebrachtes Werkstück zu verwenden.

Bei bestimmten Werkzeugmaschinentypen, z. B. bei Elektroerosionsmaschinen, verschleißt ein Formwerkzeug sehr schnell. So kann es für einen bestimmten Formgebungszweck von größter Wichtigkeit sein, daß eine Anzahl Werkzeuge (Werkzeugelektroden) von genau identischer Form und Größe hergestellt wird. Auch kann es für den Bearbeitungs-Wirkungsgrad erforderlich sein, daß für aufeinanderfolgende Bearbeitungsgüten zu einem bestimmten Zweck eine Anzahl Werkzeuge hergestellt wird, die zwar gleichartig sind, jedoch gering voneinander abweichende Größe haben. Jede dieser Werkzeugelektroden muß mit hoher Genauigkeit vorgeformt sein, wird jedoch nach einmaligem Einsatz infolge von Verschleiß ungenau. Daher sind in bestehenden Bearbeitungszentren die verbrauchten Formwerkzeuge nur Schrott, die nach Rückführung zum Werkzeugmagazin einfach weggeworfen oder beseitigt werden, da sie nicht mehr brauchbar sind.

Es ist ferner zu beachten, daß eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, z, B. eine Elektroerosionsmaschine, von sich aus fähig ist, jedes Bearbeitungswerkzeug für einen bestimmten Bearbeitungsvorgang und während desselben zu positionieren, und ferner von sich aus fähig ist, eine Bearbeitungsform mit unvergleichlicher und doch genau vorhersehbarer Präzision zu

erzielen. Diese Eigenfähigkeit der Präzisionspositionierung in dem numerisch gesteuerten Zentrum ist jedoch auf die Positionierung einer Werkzeugmitte oder eines Referenzpunkts im Koordinatensystem des Zentrums beschränkt. Wenn sich hinsichtlich der Lage jedes Punkts des vorgeformten Bearbeitungswerkzeugs, das in das Zentrum eingeführt und dort gehalten wird, irgendeine üngenauigkeit ergibt, ist die Bearbeitungsgenauigkeit erheblich geringer als die wirklich erreichbare Präzision. Bei vorhandenen Bearbeitungszentren wurde gefunden, daß eine derartige Üngenauigkeit um wenigstens eine Größenordnung höher liegt als die Eigen-Ungenauigkeit eines bestimmten NC-Systems, das industriell eingesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Bereitstellung eines neuen und verbesserten Bearbeitungszentrums mit numerischer Steuerung, bei dem die Anzahl Bearbeitungswerkzeuge, die in dem Werkzeugmagazin zu halten sind, drastisch verringert werden kann, das den wiederholten Einsatz eines bei der Bearbeitung verschlissenen Bearbeitungswerkzeugs gestattet, das die Notwendigkeit für die Präzisions-Vorformung von in das Zentrum einzuführenden Bearbeitungswerkzeugen eliminiert und das doch in der Lage ist, die von dem System bei der Formgebung eines Werkstücks auf vollautomatischer Basis erzielbare Eigengenauigkeit im wesentlichen zu erreichen.

Das Bearbeitungszentrum nach der Erfindung zur Formgebung von Werkstücken, mit einer numerischen Steuereinheit, die nach Maßgabe von empfangenen Eingabedaten numerische Befehle ausgibt, mit einer Haupt-Werkzeugmaschine mit einem Werkzeughalter, der ein Bearbeitungswerkzeug in einer Arbeitszone gegenüber einem Werkstück sicher haltert, und mit einer Vorschubvorrichtung, die unter Steuerung durch eine erste Gruppe numerischer Befehle von der NC-Einheit betätigbar ist, so daß das Werkstück in der Arbeitszone durch das Bearbeitungswerkzeug zu vorgegebener Form und Abmessung formgebend bearbeitbar ist, mit einem Werkzeugmagazin, das in einem Speicher mehrere Bearbeitungs-Formwerkzeuge so aufnimmt, daß

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sie an ihren jeweiligen Halterungen im Magazin gehalten sind, und mit einem Werkzeugwechsler, der betriebsmäßig dem Werkzeugmagazin und der Werkzeugmaschine zugeordnet ist und einen Werkzeugwechselantrieb aufweist, der unter Steuerung durch eine zweite Gruppe numerischer Befehle von der NC-Einheit betätigbar ist, so daß er ein ausgewähltes Formwerkzeug aus dem Speicher aufnimmt und zum Werkzeughalter überführt und dort festlegt, so daß das Werkstück mit diesem Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wird, wonach das Bearbeitungswerkzeug in den Speicher rücküberführt wird, ist gekennzeichnet durch eine Werkzeug-Nachformeinheit, die unter Steuerung durch eine dritte Gruppe numerischer Befehle von der Steuereinheit aktivierbar ist und das ausgewählte Formwerkzeug, das sich in der Halterung, dem Werkzeugwechsler oder dem Werkzeughalter befindet, bearbeitet, wobei die Werkzeug-Nachformeinheit wenigstens eine Hilfs-Werkzeugmaschine umfaßt, die unter Steuerung durch eine vierte Gruppe numerischer Befehle von der Steuereinheit aktivierbar ist und das Formwerkzeug mit vorgegebenen Dimensionen neu bzw. umformt zur Überführung bzw. erneuten überführung desselben in die Arbeitszone in der Haupt-Werkzeugmaschine.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist das Bearbeitungszentrum nach der Erfindung zur Formgebung von Werkstücken, mit einer digitalen Steuereinheit, mit einer Haupt-Werkzeugmaschine mit einem Werkzeughalter, der ein Bearbeitungswerkzeug in einer Arbeitszone gegenüber einem Werkstück sicher haltert, und einer Vorschubvorrichtung, die unter Steuerung durch eine erste Gruppe von digitalen Befehlen von der Steuereinheit betätigbar ist, so daß das Werkstück mit dem Bearbeitungswerkzeug zu vorgegebener Form und Abmessung formgebend bearbeitet wird, mit einem Werkzeugmagazin, das in einer Haltevorrichtung wenigstens ein außerhalb des Zentrums vorgeformtes Bearbeitungswerkzeug aufnimmt, und mit einem Werkzeugwechsler, der das Werkzeugmagazin und die Werkzeugmaschine miteinander verbindet und unter Steuerung durch eine zweite Gruppe digitaler Befehle von der Steuereinheit aktivierbar ist und das im Magazin befindliche vorgeformte Bearbeitungswerkzeug aus dem Werkzeug-

magazin zu dem Werkzeughalter überführt, so daß damit in der Werkzeugmaschine das Werkstück formgebend bearbeitbar ist, gekennzeichnet durch eine Werkzeug-Nachformeinheit, die unter Steuerung durch eine dritte Gruppe digitaler Befehle von der Steuereinheit aktivierbar ist und das Bearbeitungswerkzeug, das sich in der Haltevorrichtung, dem Werkzeugwechsler oder dem Werkzeughalter befindet, bearbeitet, wobei die Werkzeug-Nachformeinheit wenigstens eine Hilfs-Werkzeugmaschine aufweist, die unter Steuerung durch eine vierte Gruppe digitaler Befehle von der Steuereinheit aktivierbar ist und das vorgeformte Formwerkzeug mit vorgegebenen Dimensionen neu bzw. umformt zur Überführung bzw. erneuten Überführung desselben in die Arbeitszone in der Haupt-Werkzeugmaschine.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Bearbeitungszentrum zur Formgebung von Werkstücken, mit einer numerischen Steuereinheit, die nach Maßgabe von empfangenen Eingabedaten Steuerbefehle ausgibt, und mit einer Hauptwerkzeugmaschine mit einem Werkzeughalter, der wenigstens ein Formwerkzeug aufnimmt und es in einer Arbeitszone gegenüber dem Werkstück in Arbeitsstellung sicher haltert, und einer Vorschubvorrichtung, die unter Steuerung durch eine erste Gruppe von Steuerbefehlen von der numerischen Steuereinheit aktivierbar ist und das Werkstück mit Hilfe des Formwerkzeugs teilweise zu vorgegebener Form und Abmessung formgebend bearbeitet, gekennzeichnet durch eine Werkzeug-Nachformeinheit mit einer Werkzeug-Bedienungsvorrichtung, die unter Steuerung durch eine zweite Gruppe von Steuerbefehlen von der numerischen Steuereinheit aktivierbar ist und das Bearbeitungswerkzeug aus der Arbeitszone der Werkzeugmaschine entfernt, und mit wenigstens einer HilfsWerkzeugmaschine, die unter Steuerung durch eine dritte Gruppe von Steuerbefehlen von der numerischen Steuereinheit aktivierbar ist und das entfernte Bearbeitungswerkzeug mit vorgegebenen Dimensionen neu bzw. umformt, wobei die Werkzeug-Bedienungsvorrichtung unter Steuerung durch eine vierte Gruppe von Steuerbefehlen von der numerischen Steuereinheit aktivierbar ist und das neu bzw. umgeformte Bearbeitungswerk-

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zeug in die Arbeitszone in der Haupt-Werkzeugmaschine zurücküberführt, wonach die Vorschubvorrichtung unter Steuerung durch eine fünfte Gruppe von Steuerbefehlen von der numerischen Steuereinheit aktivierbar ist und die Formgebung des teilweise geformten Werkstücks fortsetzt unter Formen desselben zu vorgegebener Form und Abmessung.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das das Bearbeitungszentrum

nach der Erfindung darstellt und allgemein zeigt, wo in dem Zentrum eine Werkzeugnach- bzw. -neuformung stattfinden kann; und

Fig. 2 eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel des Bearbeitungszentrums zeigt, umfassend eine Haupt-Werkzeugmaschine, Hilfs-Werkzeugmaschinen zum Neu- bzw. Nachformen von Formwerkzeugen, sowie eine Werkzeugüberführungsvorrichtung in Verbindung mit einem Werkzeugmagazin und einem Werkzeugwechsler, wobei sämtliche Vorrichtungen durch eine numerische Steuereinheit gesteuert werden.

Nach Fig. 1 umfaßt das Bearbeitungszentrum ein Werkzeugmagazin 1, einen Werkzeugwechsler bzw. Werkzeugwechselautomaten 2 und eine Werkzeugmaschine 3; jede dieser Einheiten ist konventionell ausgelegt, und die Einheiten können in konventioneller Weise gemeinsam unter Steuerung durch eine digitale Schaltungseinheit oder numerische Steuereinheit bzw. NC-Einheit 4 arbeiten. Das Werkzeugmagazin 1 nimmt eine Mehrzahl Bearbeitungswerkzeuge T.., T₂r T-, ... auf, die außerhalb des Systems vorgeformt und dem System zugeführt werden. Diese allgemein mit T bezeichneten Werkzeuge sind in ihren jeweiligen Halterungen in einem Speicher des Werkzeugmagazins 1 aufgenommen. Der Werkzeugwechsler 2 arbeitet unter Steuerung durch numerische Befehle von der NC-Einheit 4 und

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wählt die Werkzeuge T in einer vorbestimmten, in ihm programmierten Folge aus und überführt jedes ausgewählte Werkzeug T zu der Werkzeugmaschine 3. Diese hat einen Werkzeughalter zur Aufnahme des ausgewählten Werkzeugs T und zur Halterung desselben derart, daß eine Bearbeitung eines eingespannten Werkstücks mit diesem Werkzeug erfolgen kann. Die Werkzeugmaschine 3 weist eine Vorschubvorrichtung auf, die unter Steuerung durch Befehle von der NC-Einheit 4 eine formgebende Bearbeitung des Werkstücks bewirkt. Das benützte Bearbeitungswerkzeug T wird dann aus dem Werkzeughalter gelöst und durch den Werkzeugwechsler 2 unter Steuerbefehlen von der NC-Einheit 4 zum Werkzeugmagazin 1 zurückgebracht. Dann nimmt der Werkzeugwechsler 2 das nächste ausgewählte Formwerkzeug T im Werkzeugmagazin 1 auf und überführt es unter Steuerung durch die NC-Einheit 4 zu der Werkzeugmaschine 3. Die Bearbeitungs-Vorschubvorrichtung in der Werkzeugmaschine 3 setzt dann unter Steuerung durch die NC-Einheit 4 das Formen des Werkstücks mit dem neuen Bearbeitungswerkzeug T fort. Die Werkzeugmaschine 3 kann auch eine automatische Werkstück-Handhabungseinheit 5 aufweisen, die unter Steuerung durch Befehle von der NC-Einheit 4 nacheinander zu formende Werkstücke in die Werkzeugmaschine einbringt und die geformten Werkstücke entnimmt. Die NC-Einheit 4 selbst kann konventionell aufgebaut sein und erzeugt in der üblichen Weise die erforderlichen Steuerbefehle nach Maßgabe entsprechender in sie eingegebener Eingangsinformation. In dem Bearbeitungszentrum ist eine Werkzeug-Nachformeinheit vorgesehen, die unter Steuerung durch Befehle von der NC-Einheit 4 auf ein Bearbeitungswerkzeug T vor und/oder nach einem bestimmten Formvorgang in der Werkzeugmaschine 3 einwirkt. So kann die Werkzeug-Nachformeinheit 6 auf ein Werkzeug T vor der Bearbeitung einwirken, d.h. auf ein neues Bearbeitungswerkzeug, das sich im Werkzeugmagazin 1, am Werkzeugwechsler 2 oder am Werkzeughalter in der Werkzeugmaschine zur Überführung in die Bearbeitungszone in der Werkzeugmaschine 3 befindet. Die Werkzeug-Nachformeinheit 6 kann auch auf ein Werkzeug T nach der Bearbeitung einwirken, d. h. auf ein benutztes Bearbeitungswerkzeug, das aus der Arbeitszone in der

Werkzeugmaschine 3 entnommen ist und sich im Werkzeugmagazin 1 befindet oder das sich am Werkzeugwechsler 2 oder am Werkzeughalter in der Werkzeugmaschine 3 befindet, so daß es für einen nachfolgenden programmierten Formvorgang wieder in die Arbeitszone der Werkzeugmaschine 3 überführbar ist. Die Werkzeugmaschine 3 ist irgendeine üblicherweise in dem konventionellen Bearbeitungszentrum eingesetzte formgebende Maschine, ist jedoch im vorliegenden Fall bevorzugt eine Elektroerosionsmaschine, z. B. eine Funkenerosionsmaschine, wie Fig. 2 zeigt. Die Maschine umfaßt einen Arbeitskopf 31, der den Werkzeughalter 32 trägt, und einen Arbeitsbehälter .33 für eine Arbeitsflüssigkeit (z. B. ein flüssiges Dielektrikum wie entionisiertes Wasser beim funkenerosiven Bearbeiten), wobei im Arbeitsbehälter die Arbeitszone 33' definiert ist. Der Arbeitsbehälter 33 enthält ein Werkstück W, das an einer in ihm befindlichen Werkstückhalterung 34 eingespannt ist, und ist auf einem als Kreuztisch ausgebildeten Werkstückspanntisch 35 montiert, der auf dem Maschinenbett 36 montiert ist. Der Kreuztisch 35 wird in Horizontalrichtung durch zwei Motoren, und zwar den X-Achse-Motor 37 und den Y-Achse-Motor 38, so angetrieben, daß das Werkstück W in einer X-Y- oder Horizontalebene verschoben wird. Der Arbeitskopf 31 weist einen Z-Achse-Motor 39 auf, so daß die Werkzeugelektrode T in Vertikalrichtung oder Z-Richtung senkrecht zu der X-Y-Ebene verschoben wird. Eine Stromversorgung 30 ist an die Werkzeugelektrode T und an das Werkstück W elektrisch angeschlossen und führt einen elektrischen Strom zwischen beide an einem Arbeitsspalt, so daß durch Funkenerosion Werkstoff von dem Werkstück W abgetragen wird. Die Motoren 37, 38 und 39 sowie die Stromversorgung 30 werden in bekannter Weise durch Befehlssignale 3a, 3b, 3c; 3d von der NC-Einheit 4 gesteuert, so daß ein bestimmter Formgebungsvorgang für das Werkstück W ausgeführt wird.

Wie bei Elektroerosionsmaschinen üblich, ist die Stromversorgung 30 so ausgelegt, daß sie den Bearbeitungsstrom in Form von Impulsen oder in quantisierter Form zuführt. So kann die

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Bearbeitungsenergie in feingeregelter Verteilung unter Einwirkung von Steuerbefehlen von der NC-Einheit 4 so zugeführt werden, daß im Fall einer bestimmten Werkzeugelektrode T eine elektroerosive Werkstoffabtragung mit hoher Genauigkeit durchführbar ist. In der in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen ebenfalls üblichen Weise werden die Antriebsmotoren 37, 38 und 39 so angesteuert, daß eine Relativverschiebungs-Einheit zwischen dem Werkzeug T und dem Werkstück W in jeder Richtung erhalten wird, die eine Feinheit von 1 μια oder weniger hat. Das NC-System ist somit zwar von sich.aus in der Lage, mit extrem hoher Präzision sowohl eine Positionierung als auch eine Werkstoffabtragung durchzuführen, es ist jedoch erkannt worden, daß diese Fähigkeiten bisher nicht vollständig in die Praxis umgesetzt wurden. So treten Probleme hinsichtlich der Genauigkeit eines Formwerkzeugs auf, das als dreidimensionaler Körper in das Bearbeitungszentrum eingeführt wird, das sein eigenes Koordinatensystem hat, auf dem die numerische Steuerung basiert. Es ist zu beachten, daß ein NC-Positioniersystem mit der ihm eigenen Positionierungsgenauigkeit mit dieser Präzision nur einen Werkzeugmittelpunkt oder Bezugspunkt positionieren

kann und von selbst niemals gewährleistet, daß jeder Punkt der Arbeitsfläche des Werkzeugs so positioniert ist, wodurch die Genauigkeit des Werkzeugs selbst bei Einführung in das Bearbeitungszentrum und in die dort befindliche Werkzeugmaschine ebenfalls nicht gewährleistet sind. Diese Probleme werden durch die Werkzeug-Nachformeinheit 6 in effektiver Weise gelöst.

Nach Fig. 2 umfaßt das Werkzeugmagazin 1 einen Speicher 11 zur Aufnahme von mehreren Bearbeitungswerkzeugen T-, T-, T^, ..., die unterschiedliche Form aufweisen, so daß sie zur Durchführung aufeinanderfolgender Formgebungsschritte an einem einzigen Werkstück W oder an aufeinanderfolgenden Werkstücken W in der Werkzeugmaschine 3 die jeweils geeignete Form aufweisen. Im vorliegenden Fall kann durch das Vorhandensein der Werkzeug-Nachformeinheit 6 die Anzahl dieser Werkzeuge stark vermindert werden. Z. B. kann ein einziges bestimmtes Werkzeug T für

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mehrere Formgebungsvorgänge mit unterschiedlicher Bearbeitungsgenauigkeit eingesetzt werden, z. B. zum Schruppen, Schlichten und Feinschlichten eines bestimmten Werkstücks W oder eines Teils desselben. Ferner braucht nicht jedes Werkzeug T, wenn es in das Zentrum eingebracht wird, präzisionsgeformt zu sein; es kann sich sogar um ein Schrottwerkzeug handeln. Jedes Werkzeug T kann zwischen der Werkzeugmaschine 3 und dem Werkzeugmagazin 1 im Kreislauf geführt und wiederholt nachgeformt werden, bis es für die erwünschten Formgebungszwecke nicht mehr tauglich ist. Es können auch mehrere Werkzeuge T-, T,, T,, ... von ähnlicher oder einfacherer Form in dem Speicher 11 aufgenommen und in der Nachformeinheit 6 neu zu Werkzeugen unterschiedlicher Form oder zu Werkzeugen gleicher Form, jedoch unterschiedlicher Größe in Abhängigkeit vom erwünschten Einsatz geformt werden. Der Speicher 11 weist Werkzeugaufnahmen 12 auf, in denen die zugeführten oder zurückgebrachten Werkzeuge T-, T₂, T₃, ... jeweils gehaltert sind. Der Werkzeugspeicher 11 ist drehbar an einem Ständer 13 angeordnet und wird von einem in einer Basis 15 montierten Motor 14 gedreht. Der Motor 14 wird von Steuerbefehlen 4a der NC-Einheit 4 so angesteuert, daß er die Werkzeuge T-, T₂, T~, ... nacheinander in eine Position bringt, in der sie zur Entnahme durch einen Greifer 21 des Werkzeugswechslers 2 bereit sind.

Der Werkzeugwechsler 2 ist ebenfalls konventionell ausgelegt und weist einen Steller 22 auf, der durch Steuerbefehle 2a von der NC-Einheit 4 ansteuerbar ist und den Greifer 21 aktiviert, so daß dieser ein ausgewähltes Werkzeug T aus dem Speicher 11 entnimmt. Der Greifer 21 ist an einer Spindel 23 befestigt, die auf einem Bett 24 drehbar gelagert ist. Die Spindel 23 wird durch einen Motor 25 aufgrund von Steuerbefehlen 2b von der NC-Einheit 4 gedreht und bewegt den Greifer 21 so, daß das entnommene Bearbeitungswerkzeug T aus dem Speicher 11 zum Werkzeughalter 32 überführt bzw. von dort zum Speicher zurückgebracht wird. Das zur Werkzeugmaschine 3 überführte Bearbei-

tungswerkzeug T wird von dem Greifer 21 an dem Werkzeughalter 32 wiederum unter Steuerung durch Steuerbefehle 2c von der NC-Einheit 4 gesichert.

Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel umfaßt die Werkzeugnachformeinheit 6 eine Werkzeugbedienungsvorrichtung 601, die ein Industrieroboter sein kann. Die Bedienungsvorrichtung hat eine feststehende Basis 602 und einen Träger 603, der durch einen Motor 604 um eine Vertikalachse drehbar ist. Der Träger 603 weist einen Zylinder 605 auf, der schwenkbar daran montiert ist und von dem ein ausfahrbarer Arm 606 vorspringt. Der Arm 606 trägt eine Greifhand 607, mit der ein Bearbeitungswerkzeug T gegriffen und fest an einem Werkzeughalter in einer Nachform-Werkzeugmaschine gehalten wird. Motoren 608 bewirken eine Schwenkbewegung des Zylinders 605, eine Axialbewegung des Arms 606 und eine Greifbewegung der Greifhand 607. So kann die Werkzeugbedienungsvorrichtung 601 mit sämtlichen praktischen Fähigkeiten eines konventionellen Industrieroboters eingesetzt werden. Der Motor 604 und die Motoren 608 werden von Steuerbefehlen 601a der NC-Einheit 4 so angesteuert, daß ein Werkzeug T im Speicher 11 des Werkzeugmagazins 1, am Arm des Werkzeugwechslers 2 oder des Werkzeughalters 32 in der Werkzeugmaschine 3 erreicht wird, das Werkzeug von dort entnommen und überführt und an dem Werkzeughalter in der Nachform-Werkzeugmaschine gesichert wird. Es ist ersichtlich, daß die Werkzeugbedienungsvorrichtung bzw. der Roboter 601 auch den Werkzeugwechsler 2 entweder ersetzen oder als solcher funktionieren kann.

Die Werkzeug-Nachformeinheit umfaßt eine oder mehrere HilfsWerkzeugmaschinen und bevorzugt eine Elektroerosionsmaschine 610. Diese hat einen Arbeitsbehälter 611, in dem ein Werkstückspanntisch 612 angeordnet ist und in eine Arbeitsflüssigkeit 617, z. B. Kerosin oder entionisiertes Wasser beim funkenerosiven Bearbeiten, eintaucht. Der Werkstückspanritisch 612 weist einen Werkstückhalter 613 auf, der auf diesem fest montiert ist und das vom Roboter 601 zugeführte Werkzeug T sicher haltert. Eine Elektroerosions-Elektrode 614 zum

Nachformen bzw. Neuformen der Arbeitsfläche Ta des Werkzeugs T ist mittels einer Aufspanneinheit 615 an einem vertikalen Ständer 616 befestigt, der an einem vertikalen Träger 617 so gesichert ist, daß er axial verschiebbar ist und die Elektrode 614 in Richtung der Z-Achse verschiebt. Der vertikale Träger 617 ist an einem Verschiebetisch 618 angeordnet, der seinerseits an Haltearmen 620 gesichert ist. Der Verschiebetisch 618 ist auf parallelen Stangen 621 verschiebbar, die auf dem Oberende des Arbeitsbehälters 611 montiert sind, und zwar in Horizontalrichtung, also senkrecht zur Zeichenebene, um die Nachformelektrode 614 fortschreitend in X-Achsenrichtung zu verschieben. Diese Verschiebung erfolgt durch einen Motor bzw. Motoren 622 an einem oder beiden Haltearmen 620, wobei die Motoren mit dem Verschiebetisch 618 über eine oder mehrere Leitspindeln 623 antriebsmäßig gekoppelt sind. Der vertikale Träger 617 ist ferner an einem horizontalen Y-Achse-Träger 619 gesichert, der auf parallelen Stangen 624 verschiebbar ist, die an den Haltearmen 620 montiert sind. Der Träger 619 ist auf einer Leitspindel 625 montiert, die damit antriebsmäßig gekoppelt und an den Haltearmen 620 drehbar gelagert ist. Die Leitspindel 625 wird von einem Motor 626 an einem der Haltearme 620 angetrieben und verschiebt die Nachformelektrode 614 fortschreitend in Y-Richtung. Ein dem Z-Achse-Träger 617 zugeordneter Motor zur Verschiebung der Nachformelektrpde 614 in Axial- oder Z-Richtung ist bei 627 dargestellt. Eine Elektroerosions-Stromversorgung 628 ist elektrisch an die Nachformelektrode 614 sowie an das Bearbeitungswerkzeug T angeschlossen, so daß eine elektroerosive Abtragung von der Arbeitsfläche Ta des Werkzeugs erfolgt.

Nachdem der Roboter 601 das Bearbeitungswerkzeug T richtig in der Hilfs-Elektroerosionsmaschine 610 angeordnet und es dort im Werkstückhalter 613 auf dem Werkstückspanntisch 612 festgelegt hat unter Steuerung durch Befehle 601a von der NC-Einheit 4, kann die Nachformelektrode 614 ihre Bewegung aus einer vorbestimmten Position in dem dreidimensionalen Koordinatensystem des Bearbeitungszentrums im Arbeitsbehälter 611

beginnen. Es werden also die Motoren 622, 626 und 627 aktiviert und bewegen die Nachformelektrode 614 dreidimensional unter Steuerung durch numerische Befehle 61Oa, 610b und 61Oc von der NC-Einheit 4, und die Stromversorgung 628 wird eingeschaltet, so daß die elektroerosive Bearbeitung unter Steuerung durch Befehle 61Od von der NC-Einheit 4 beginnt. Die Steuerbefehle 61Od dienen der Einstellung einer elektroerosiven Feinschlicht-Betriebsart in der Stromversorgung 628. Unter Steuerung durch Befehle 610a-c von der NC-Einheit 4 kann sich die Nachformelektrode 614 entlang der Arbeitsfläche Ta des Bearbeitungswerkzeuts T auf einer vorgegebenen dreidimensionalen Bahn bewegen, die in der NC-Einheit 4 aus Eingangsdaten für eine erwünschte Oberfläche und Nachformkontur der Arbeitsfläche Ta und für einen zwischen der Nachformelektrode 614 und dieser Oberfläche für die elektroerosive Feinschlichtbearbeitung zu unterhaltenden Arbeitsspalt errechnet wird. Das Bearbeitungswerkzeug T ist sicher positioniert, und die Nachformelektrode 614 wird entlang einer solchen genau geregelten Bahn in dem vorgegebenen Koordinatensystem des Bearbeitungszentrums bewegt. Infolgedessen erhält das Bearbeitungswerkzeug T eine neu- oder nachgeformte Arbeitsfläche, die im Koordinatensystem hochpräzise ist und die in dreidimensionaler Weise positionierbar ist, ohne daß ein Genauigkeitsverlust in der Haupt-Werkzeugmaschine 3 auftritt, in die das Werkzeug anschließend überführt oder erneut überführt wird. Die errechnete dreidimensionale Bahn kann in einem Speicher in der NC-Einheit 4 gespeichert sein und reproduziert werden für die Erzeugung entsprechender Signale, die so verarbeitet werden, daß die Steuersignale für die Haupt-Werkzeugmaschine 3 mit dem Werkzeug T in einem vorhergehenden Formgebungsschritt modifiziert werden zur Erzeugung numerischer Befehle, die in einem anschließenden Formgebungsschritt mit demselben Werkzeug T, jedoch mit nachgeformter Bearbeitungsfläche angelegt werden.

Die Nachformeinheit 6 weist alternativ bzw. bevorzugt zusätzlich eine Zerspan- oder Fräsmaschine 630 und/oder eine Schleifmaschine 650 auf. Jede dieser Maschinen kann, wenn dies

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zweckmäßig ist, alternativ zu der Hilfs-Elektroerosionsmaschine oder zusätzlich dazu eingesetzt werden, um ein um- bzw. nachgeformtes Bearbeitungswerkzeug T, das aus der Maschine durch die Greifhand 607 des Roboters entfernt wurde, weiter nachzuformen oder zu bearbeiten oder um ein vom Roboter 601 aus dem Werkzeugmagazin 1, dem Werkzeugwechsler 2 oder der Haupt-Werkzeugmaschine 3 entnommenes Bearbeitungswerkzeug grob nachzuformen, wonach dann der Roboter 601 dieses Werkzeug entnimmt und es der nachformenden Elektroerosionsmaschine 610 zuführt, in der ein Nachformen oder Oberflächenbearbeiten stattfindet. Jede der Maschinen 630 und 650 ist grundsätzlich konventionell ausgelegt.

Die Fräsmaschine 630 umfaßt einen Fräskopf 631, der ein Fräswerkzeug 632 haltert und auf einem Kreuztisch 633 angeordnet ist, der horizontalverschiebbar auf einem Bett 634 montiert ist. Der Kreuztisch 633 umfaßt einen X-Achse-Motor und einen Y-Achse-Motor 636, die damit antriebsmäßig über ihre entsprechenden Leitspindeln (nicht gezeigt) gekoppelt sind. Das Fräswerkzeug 632 ist somit in einer Horizontal- oder X-Y-Ebene verschiebbar. Die Fräsmaschine 630 umfaßt ferner einen Werkstückträger 637, der fest auf dem Bett 634 montiert ist. Der Träger 637 weist eine Spindel 638 mit einem daran befestigten Werkstückhalter 639 auf, an dem das Bearbeitungswerkzeug T mit der nachzuformenden Arbeitsfläche Ta mittels einer Aufspannvorrichtung 640 befestigt ist. Die Spindel 638 ist drehbar und dreht die Arbeitsfläche Ta des Bearbeitungswerkzeugs T mittels des Motors 641 um die Werkzeugachse. Der Träger 637 ist durch einen Motor 642 vertikal bewegbar, so daß das Bearbeitungswerkzeug T in Richtung einer Z-Achse verschiebbar ist. Die Motoren 635, 636 und 642 werden von numerischen Befehlen der NC-Einheit 4 angesteuert und bewirken eine Relativbewegung des umlaufenden Bearbeitungswerkzeugs T und des Fräswerkzeugs 632 entlang einer dreidimensionalen Bahn, die in der NC-Einheit 4 aufgrund von Eingabedaten programmiert ist, so daß in der Werkzeugfläche Ta eine erwünschte nach- bzw. neugeformte Arbeitsfläche erzeugt wird. Der Motor 641 zum Drehen der

Spindel 638 kann ebenfalls aufgrund von Steuersignalen 63Od von der NC-Einheit 4 in geregelter Weise so angetrieben werden, daß ein Ausgleich für die auf das Fräswerkzeug 632 während des Nachformens wirkende Schneidbelastung stattfindet.

Die Schleifmaschine 650 verwendet eine Schleifscheibe 651, die an einer Welle 652 montiert ist, die mit änderbarer Länge aus einem Zylinder 653 vorsteht. Der Zylinder 653 ist schwenkbar an parallelen Ständern 654 montiert, die auf einem Kreuztisch 655 montiert sind, der seinerseits horizontalverschiebbar auf einem Bett 656 montiert ist. Der Kreuztisch 655 ist in Richtung einer X-Achse durch einen Motor 657 und in Richtung einer Y-Achse durch einen Motor 658 verschiebbar. Der Kreuztisch 655 trägt ferner einen Motor 659, dessen Abtriebswelle ein Schneckenrad 660 trägt, das mit einem Sektorzahnrad 661 kämmt, das am Zylinder 635 über eine Welle 662 befestigt ist, wobei die Welle 662 den Drehpunkt für den schwenkbaren Zylinder 635 bildet. Die Schleifmaschine 650 umfaßt ferner einen Werkstückträger 663 mit einer Werkstückhalterung 664, an der in einer Aufspannvorrichtung 665 ein umzuformendes Bearbeitungswerkzeug T befestigt ist. Der Träger 663 ist durch einen Motor 666 vertikal bewegbar, so daß das Bearbeitungswerkzeug T auf und ab oder in Richtung einer Z-Achse bewegbar ist. Auch hier werden die Motoren 657, 658 und 664 durch die numerischen Befehle 650a, 650b und 650c von der NC-Einheit 4 so angesteuert, daß das umzuformende Bearbeitungswerkzeug T und die umlaufende Schleifscheibe 652 entlang einer dreidimensionalen Bahn relativbewegbar sind, die in der NC-Einheit 4 aufgrund entsprechender Eingabedaten programmiert ist, so daß in der Arbeitsfläche Ta des Werkzeugs T eine vorbestimmte Formfläche erzeugt wird. Es ist zu beachten, daß die Trageranordnung 663-665 entfallen kann und stattdessen der Roboter 601 eingesetzt wird, so daß das Werkzeug T dem Nachformen unterzogen werden kann, während es von der Greifhand 607 gegriffen und gehalten ist.

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Claims

Ansprüche

[ 1 .J Bearbeitungszentrum zur Formgebung von Werkstücken, mit:

- einer numerischen Steuereinheit, die nach Maßgabe von empfangenen Eingabedaten numerische Befehle ausgibt;

- einer Haupt-Werkzeugmaschine mit einem Werkzeughalter, der ein Bearbeitungswerkzeug in einer Arbeitszone gegenüber einem Werkstück sicher haltert, und einer Vorschubvorrichtung, die unter Steuerung durch eine erste Gruppe von numerischen Befehlen von der NC-Einheit betätigbar ist, so daß das Werkstück in der Arbeitszone durch das Bearbeitungswerkzeug zu vorgegebener Form und Abmessung formgebend bearbeitbar ist;

einem Werkzeugmagazin, das in einem Speicher mehrere Bearbeitungs-Formwerkzeuge so aufnimmt, daß sie an ihren jeweiligen Halterungen im Magazin gehalten sind; und einem Werkzeugwechsler, der betriebsmäßig dem Werkzeugmagazin und der Werkzeugmaschine zugeordnet ist und einen Werkzeugwechselantrieb aufweist, der unter Steuerung durch eine zweite Gruppe numerischer Befehle von der NC-Einheit betätigbar ist, so daß er ein ausgewähltes Formwerkzeug aus

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dem Speicher aufnimmt und zum Werkzeughalter überführt und dort festlegt, so daß das Werkstück mit diesem Bearbeitungswerkzeug in der Werkzeugmaschine formgebend bearbeitet wird, wonach das Bearbeitungswerkzeug in den Speicher rücküberführt wird;
gekennzeichnet durch

eine Werkzeug-Nachformeinheit (6), die unter Steuerung durch eine dritte Gruppe numerischer Befehle von der Steuereinheit (4) aktivierbar ist und das ausgewählte Formwerkzeug (T), das sich in der Halterung (11), dem Werkzeugwechsler (2) oder dem Werkzeughalter (32) befindet, bearbeitet, wobei die Werkzeug-Nachformeinheit (6) wenigstens eine Hilfs-Werkzeugmaschine (610, 630, 650) umfaßt, die unter Steuerung durch eine vierte Gruppe numerischer Befehle von der Steuereinheit (4) aktivierbar ist und das Formwerkzeug (T) mit vorgegebenen Dimensionen neu bzw. umformt zur Überführung bzw. erneuten Überführung desselben in die Arbeitszone in der Haupt-Werkzeugmaschine (3).

2. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Haupt-Werkzeugmaschine eine Elektroerosionsmaschine (3) ist und daß die Formwerkzeuge Elektroerosions-Werkzeugelektroden sind (T-, T₂, T₃, ...).

3. BearbeitungsZentrum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die wenigstens eine Hilfs-Werkzeugmaschine eine Hilfs-Elektroerosionsmaschine (610) ist.

4. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die wenigstens eine Hilfs-Werkzeugmaschine eine Fräsmaschine (630) und eine Schleifmaschine (650) umfaßt.

, Bearbeitungszentrura zur Formgebung von Werkstücken, mit: einer digitalen Steuereinheit;

einer Haupt-Werkzeugmaschine mit einem Werkzeughalter, der ein Bearbeitungswerkzeug in einer Arbeitszone gegenüber einem Werkstück sicher haltert, und mit einer Vorschubvorrichtung, die unter Steuerung durch eine erste Gruppe von digitalen Befehlen von der Steuereinheit betätigbar ist, so daß das Werkstück mit dem Bearbeitungswerkzeug zu vorgegebener Form und Abmessung formgebend bearbeitet wird; einem Werkzeugmagazin, das in einer Haltevorrichtung wenigstens ein außerhalb des Zentrums vorgeformtes Bearbeitungswerkzeug aufnimmt; und

einem Werkzeugwechsler, der das Werkzeugmagazin und die Werkzeugmaschine miteinander verbindet und unter Steuerung durch eine zweite Gruppe digitaler Befehle von der Steuereinheit aktivierbar ist und das im Magazin befindliche vorgeformte Bearbeitungswerkzeug aus dem Werkzeugmagazin zu dem Werkzeughalter überführt, so daß damit in der Werkzeugmaschine das Werkstück formgebend bearbeitbar ist;

ekennzeichnet durch eine Werkzeug-Nachformeinheit (6), die unter Steuerung durch eine dritte Gruppe digitaler Befehle von der Steuereinheit (4) aktivierbar ist und das Bearbeitungswerkzeug (T), das sich in der Haltevorrichtung (11), dem Werkzeugwechsler (2) oder dem Werkzeughalter (32) befindet, bearbeitet, wobei die Werkzeug-Nachformeinheit (6) wenigstens eine Hilfs-Werkzeugmaschine (610, 630, 650) aufweist, die unter Steuerung durch eine vierte Gruppe digitaler Befehle von der Steuereinheit (4) aktivierbar ist und das vorgeformte Formwerkzeug (T) mit vorgegebenen Dimensionen neu bzw. umformt zur überführung bzw. erneuten Überführung desselben in die Arbeitszone in der Haupt-Werkzeugmaschine (3).

6. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 5_r dadurch gekennzeichnet,

daß die Haupt-Werkzeugmaschine eine Elektroerosionsraaschine (3) ist und daß das wenigstens eine vorgeformte Bearbeitungwerkzeug eine Elektroerosions-Elektrode (T₁, T-, T₃, ...) ist.

7. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die wenigstens eine Hilfs-Werkzeugmaschine eine Hilfs-Elektroerosionsmaschine (610) umfaßt.

8. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die wenigstens eine Hilfs-Werkzeugmaschine eine Fräsmaschine (630) und eine Schleifmaschine (650) umfaßt.

9. Bearbeitungszentrum zur Formgebung von Werkstücken, mit:

- einer numerischen Steuereinheit, die nach Maßgabe von empfangenen Eingabedaten Steuerbefehle ausgibt;

- einer Haupt-Werkzeugmaschine mit einem Werkzeughalter, der wenigstens ein Formwerkzeug aufnimmt und es in einer Arbeitszone gegenüber dem Werkstück in Arbeitsstellung sicher haltert, und mit einer Vorschubvorrichtung, die unter Steuerung durch eine erste Gruppe von Steuerbefehlen von der numerischen Steuereinheit aktivierbar ist und das Werkstück mit Hilfe des Formwerkzeugs teilweise zu vorgegebener Form und Abmessung formgebend bearbeitet;

gekennzeichnet durch

- eine Werkzeug-Nachformeinheit mit einer Werkzeug-Bedienungsvorrichtung (601), die unter Steuerung durch eine zweite Gruppe von Steuerbefehlen von der numerischen Steuereinheit (4) aktivierbar ist und das Bearbeitungswerkzeug (T) aus der Arbeitszone der Werkzeugmaschine (3) entfernt, und wenigstens einer Hilfs-Werkzeugmaschine (610, 630, 650), die unter Steuerung durch eine dritte Gruppe von Steuerbefehlen von der numerischen Steuereinheit (4) aktivierbar ist und

das entfernte Bearbeitungswerkzeug (T) mit vorgegebenen Dimensionen neu bzw. umformt, wobei die Werkzeug-Bedienungsvorrichtung (601) unter Steuerung durch eine vierte Gruppe von Steuerbefehlen von der numerischen Steuereinheit (4) aktivierbar ist und das neu bzw. umgeformte Bearbeitungswerkzeug (T) in die Arbeitszone in der Haupt-Werkzeugmaschine (3) zurücküberführt, wonach die Vorschubvorrichtung unter Steuerung durch eine fünfte Gruppe von Steuerbefehlen von der numerischen Steuereinheit (4) aktivierbar ist und die Formgebung des teilweise geformten Werkstücks (W) fortsetzt unter formgebender Bearbeitung desselben zu vorgegebener Form und Abmessung.

10. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Haupt-Werkzeugmaschine eine Elektroerosionsmaschine (3) ist und daß das wenigstens eine Formwerkzeug eine Elektroerosionselektrode (T₁, T₂* T₃, ...) ist.

11. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die wenigstens eine Hilfs-Werkzeugmaschine eine Hilfs-Elektroerosionsmaschine (610) umfaßt.

12. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die wenigstens eine Hilfs-Werkzeugmaschine eine Fräsmaschine (630) ist.

13. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die wenigstens eine Hilfs-Werkzeugmaschine eine Schleifmaschine (650) ist.