DE3447289A1 - Zuteileinrichtung zur ver- und entsorgung von werkzeugmaschinen mit werkstuecken - Google Patents

Description

• Zuteileinrichtung zur Ver- und Entsorgung von Werkzeugmaschinen mit
• Werkstücken Die Erfindung bezieht sich auf eine Zuteileinrichtung zur Ver- und Entsorgung von Werkzeugmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
• In modernen Fertigungsanlagen, in denen Werkstücke verschiedener Typen nacheinander zur Bearbeitung verschiedenen Werkzeugmaschinen, z. B. numerisch gesteuerten Dreh-, Fräs- oder Schleifmaschinen etc. zugeführt werden, ist man zunehmend bestrebt, zur besseren Kapazitätsauslastung und schnelleren Reaktion bei technischen Änderungen und Programmverschiebungen flexible Fertigungssysteme aufzubauen, bei denen die einzelnen Werkzeugmaschinen durch ein gemeinsames Informations- und Materialflußsystem so miteinander verkettet sind, daß unterschiedliche Werkstücke in kleinen oder auch großen Serien gleichzeitig oder in zeitlicher Folge nacheinander möglichst zügig und ohne unnötigen Aufenthalt und unnötige Umwege bearbeitet werden können.
• Unter anderem ist es bekannt (z. B. VDI-Nachrichten, Nr. 42, Seite 20), die einzelnen Werkzeugmaschinen untereinander mit einem numerisch gesteuerten Portalkran zu verbinden, der die Werkstücke in einem Transportbehälter - in mehreren Etagen übereinanderliegend - flurfrei zur Bearbeitung zu den Werkzeugmaschinen befördert und die bearbeiteten Werkstücke von dort wieder abholt. Dabei wird ein übergeordneter Prozeßrechner u. a zur NC-Datenverteilung, Betriebsdatenerfassung, Transportsteuerung, Werkzeug überwachung sowie zur Reihenfolgeplanung etc. eingesetzt.
• Bei diesen flexiblen Fertigungs- oder Verkettungssystemen liegt somit keine typenreine Fließfertigung mehr vor, sondern eine fließende Stoßfertigung. Die einzelnen Fertigungszellen bestehen dabei im allgemeinen aus einer Werkzeugmaschine und einem Handhabungsautomaten, der die Werkstücke aus dem mittels einer Positioniereinrichtung in die richtige Ent- und Beladeposition gebrachten Werkstückträger (Palette) entnimmt und der Werkzeugmaschine zuführt und umgekehrt.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zuteileinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so auszubilden, daß es als vollautomatisches Verbindungsglied zwischen Werkzeugmaschine und übergeordnetem Transportsystem wirkend eine weitere Flexibilisierung eines solchen flexiblen Fertigungs- und Verkettungssystems möglich macht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
• In der Zeichnung zeigen in schematisierter Darstellung Fig. 1 einen Ausschnitt des flexiblen Verkettungssystems einer Fertigungsanlage mit einer Zuteileinrichtung gemäß der Erfindung und Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung dieser Zuteileinrichtung.
• In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer größeren Fertigungsanlage für eine Großserienfertigung von z. B. Getriebewellen 0. ä. dargestellt, bei der eine Vielzahl verschiedener Werkzeugmaschinen, die nach dem Verrichtungsprinzip räumlich jeweils in autarken Bearbeitungsfeldern angeordnet sind, fertigungstechnisch miteinander verkettet sind. Dabei kann es sich um ein sogenanntes flexibles Fertigungs-oder Verkettungssystem handeln, bei dem die einzelnen Werkzeugmaschinen durch ein gemeinsames rechnergestütztes Informations- und Materialflußsystem so miteinander verkettet sind, daß unterschiedliche Werkstücke (z. B. Getriebewellen verschiedener Typen) in kleineren oder auch größeren Serien gleichzeitig oder in zeitlicher Folge nacheinander gefertigt werden können. Ein solches flexibles Verkettungssystem führt zur besseren Kapazitätsauslastung und ermöglicht schnellere Reaktionen bei technischen Änderungen und notwendigen Fertigungsprogrammver schiebungen.
• In den verschiedenen autarken Bearbeitungsfeldern sind die einzelnen Werkzeugmaschinen 1 untereinander durch ein numerisch gesteuertes flurfreies Transportsystem, z. B. eine prozeßrechnergesteuerte Krananlage 4 verbunden, die jedes vorher - z. B. über absolute Wegmessung im Teach-In mit X-, Y- und Z-Koordinaten -eingegebene Ziel innerhalb des autarken Bearbeitungsfeldes in kürzester Zeit anfahren und bedienen kann.
• Die materialmäßige Verbindung der einzelnen autarken Bearbeitungsfelder erfolgt durch Übergabebänder 10, durch welche von der Krananlage 4 darauf abgestellte containerartige Transportbehälter 2, in denen die z. B. wellenförmigen Werkstücke auf übereinander angeordneten Paletten ruhend befördert werden, von einem Bearbeitungsfeld ins andere Bearbeitungsfeld überführt werden. Diese Ubergabebänder 10 dienen gleichzeitig als Materialpuffer und können darüber hinaus Taktzeitdifferenzen zwischen den verschiedenen Bearbeitungsfeldern ausgleichen.
• Zwischen den einzelnen Werkzeugmaschinen 1 und dem übergeordneten Transportsystem, der Krananlage 4, ist als vollautomatisches Verbindungsglied jeweils eine Zuteileinrichtung 5 angeordnet, mit der als Werkstückträger dienende Paletten, die im Transportbehälter 2 - jeweils mehrere Paletten übereinander angeordnet -angeliefert werden, im Fertigungstakt aus dem containerartigen Transportbehälter in eine Ent- und Beladeposition über führt werden,mder die Werkstücke mittels eines Laders oder Handhabungsautnaten 7 aus der Palette entnommen und der Werkzeugmaschine 1 zugeführt werden bzw. bearbeitete Werkstücke aus der Werkzeugmaschine entnommen und auf der Palette abgelegt werden.
• Wie insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, weist die Zuteileinrichtung 5 ein Gestell 51 auf, in dem unmittelbar nebeneinander ein von oben frei zugänglicher erster vertikaler Schacht 52 und ein ebenfalls von oben frei zugänglicher zweiter vertikaler Schacht 53 angeordnet sind. In den ersten vertikalen Schacht 52 werden von der Krananlage Transportbehälter mit Werkstücken eingebracht, die von der zugeordneten Werkzeugmaschine 1 bearbeitet werden sollen. Aus dem zweiten vertikalen Schacht werden von der Krananlage 4 entsprechend Transportbehälter mit von dieser Werkzeugmaschine bearbeiteten Werkstücken entnommen.
• Die Zuteileinrichtung ist in zwei Ebenen aufgeteilt. Eine obere erste Ebene 54 dient als Speicherebene, in der vorübergehend mindestens zwei Transportbehälter, nämlich ein Transportbehälter 2' im ersten vertikalen Schacht 52 vor der Werkzeugmaschine 1 und ein Transportbehälter 2"' im zweiten Schacht 53 hinter der Werkzeugmaschine, gelagert werden können. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, die Speicherebene erforderlichenfalls so auszubilden, daß in jedem der beiden Schächte mehr als nur ein containerartiger Transportbehälter gelagert werden kann.
• Durch diese Werkstückpufferung in der Zuteileinrichtung vor und nach der Werkzeugmaschine kann die übergeordnete Krananlage 4 im Rahmen der Bearbeitungszeit von mindestens einem containerartigen Transportbehälter unabhängig von der Werkzeugmaschine arbeiten.
• Während ihres (Speicher)-Aufenthalts in der oberen ersten Ebene 54 werden die containerartigen Transportbehälter 2' bzw. 2"' durch nicht weiter dargestellte Klinken o. ä. gehalten, die vorzugsweise pneumatisch betätigbar sind.
• Mittels einer vertikalen Fördereinrichtung 8, beispielsweise zweier gegenüberliegender Transportschlitten, die durch Kugelbüchsen geführt sind, wird der in den ersten Schacht 52 eingebrachte Transportbehälter zum erforderlichen Zeitpunkt - nach Lösen der Klinken o. ä. - aus seiner Speicherposition in der oberen ersten Ebene 54 in eine darunterliegende untere zweite Ebene 55, die Bearbeitungsebene, abgesenkt, wo er mittels der vertikalen Fördereinrichtung 8 derart positioniert wird, daß die in ihm übereinander gelagerten Paletten nacheinander jeweils in eine Höhenlage gelangen, in der sie mittels einer nicht weiter dargestellten Palettenmitnahmevorrichtung aus dem Transportbehälter 2 Ir horizontal in eine außerhalb des Schachts bzw. des Gestells liegende Ent- und Beladeposition, z. B. auf einen Ent- und Beladetisch 6, überführt werden können, wo sie von einem der Werkzeugmaschine 1 sowie der Zuteileinrichtung 5 zugeordneten Handhabungsautomaten 7 zwecks Ver- und Entsorgung der Werkzeugmaschine ent- bzw. wieder beladen werden.
• In der unteren zweiten Ebene 55 wird der Transportbehälter 2" sofort nach erfolgter exakter Höhenpositionierung für die Zeit der Überführung der Palette aus dem Transportbehälter in die Ent- und Beladeposition und umgekehrt mit dem Gestell 51 oder einem damit starr verbundenen Einrichtungsteil, z. B. dem Ent- und Beladetisch 6, verriegelt, so daß eine unverzügliche Palettenentnahme möglich ist und der Palettenwechsel innerhalb des Maschinentaktes erfolgen kann.
• Wenn nacheinander sämtliche Paletten des in die untere zweite Ebene abgesenkten Transportbehälters 2" ent- und wieder beladen sind, wird der Transportbehälter aus dem ersten Schacht 52 in den zweiten Schacht 53 überführt. Dazu ist in der unteren zweiten Ebene 55 eine horizontale Fördereinrichtung 9 vorgesehen, deren Antriebseinheit zweckmäßigerweise konstruktionsgleich mit der Antriebseinheit der vertikalen Fördereinrichtung 8 ausgebildet sein kann. Im zweiten Schacht 53 wird der nunmehr mit bearbeiteten Werkstücken gefüllte Transportbehälter sodann mittels der vertikalen Fördereinrichtung 8 in die obere erste Ebene 54 angehoben, wo er - in der Speicherposition 2"' - bis zum Abtransport durch die Krananlage 4 gelagert wird.
• Im Regelfall werden an jeder Werkzeugmaschine 1 jeweils zwei containerartige Transportbehälter stehen, nämlich ein erster in der Bearbeitungsposition in der unteren zweiten Ebene 55 und ein zweiter in einer Speicherposition in der oberen ersten Ebene 54 entweder im Vorpuffer des ersten Schachtes 52 oder im Nachpuffer des zweiten Schachtes 53.
• Die in den containerartigen Transportbehältern 2 transportierten Paletten sind vorzugsweise so konstruiert, daß sie als universelle Werkstückträger für die verschiedenen Werkstücktypen verwendet werden können, wobei entsprechend der Werkstückabmessungen in der Palette jeweils unterschiedlich viele Werkstücke liegen können.
• Mit Vorteil sind die Zuteileinrichtung 5 und der Handhabungsautomat 7 mit einer gemeinsamen speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung ausgestattet, durch welche einerseits die vertikale und horizontale Förderung und die exakte Höhenpositionierung der Transportbehälter im Gestell 51 und andererseits die Überführung der Paletten aus dem Transportbehälter in ihre Ent- und Beladeposition sowie die Ent- und Beladung der Paletten durch den Handhabungsautomaten 7 gesteuert wird. Vorzugsweise ist diese Steuereinrichtung dabei derart ausgebildet, daß sie sowohl mit der Werkzeugmaschine 1 als auch mit dem übergeordneten Transportsystem, nämlich der Krananlage 4, korrespondiert, so daß von der Krananlage bei Bedarf der Werkzeugmaschine 1 ein neuer Container mit zu beabeitenden Werkstücken angeliefert bzw. von der Werkzeugmaschine ein mit bereits bearbeiteten Werkstücken gefüllter Transportbehälter abgeholt und entweder zur weiteren Bearbeitung einer nachfolgenden Werkzeugmaschine im gleichen Bearbeitungsfeld zugeführt oder aber auf eines der Übergabebänder 10 zum Weitertransport in eines der benachbarten Bearbeitungsfelder abgesetzt wird.
• Die erfindungsgemäße Zuteileinrichtung ermöglicht die Einbeziehung unterschiedlichster Werkzeugmaschinen, z. B. CNC-Dreh- und Fräsmaschinen, Bohr-, Walz-, Stoß-, Schleif- und Entgradmaschinen etc., in den vollautomatischen Materialfluß einer flexiblen Fertigungsanlage.
• In Verbindung mit fertigungsgerechten Transportbehältern ermöglicht die erfindungsgemäße Zuteileinrichtung nicht nur eine flexible Materialpufferung in der Fertigung, sondern auch eine materialfluß- und informationsflußbezogene Verknüpfung der verschiedenen Werkzeugmaschinen mit dem flurfreien, rechnergesteuerten Transportsystem, wodurch eine optimale Nutzung der technischen und personellen Kapazitäten bei gleichzeitiger Optimierung des Materialumlaufs und gleichzeitiger Minimierung der Durchlaufzeit der gefertigten Werkstücke erreicht wird.
• Hervorzuheben ist noch, daß die erfindungsgemäße Zuteileinrichtung bei der Fertigung von z. B. wellenförmigen Werkstücken wegen der bearbeitungsgerechten Positionierung der Werkstücke auf dem Be- und Entladetisch für die Beschickung der verschiedenen Werkzeugmaschinen die Verwendung vergleichsweise einfacher zweiachsiger Handhabungsautomaten ermöglicht. Für das automatische Teilehandling sind wegen der unterschiedlichen Bearbeitungslagen in den verschiedenen Werkzeugmaschinen (Dreh-, Fräsmaschinen etc.) Translations- und Rotationsbewegungen in mehreren Achsen erforderlich; durch die konstruktive Gestaltung der Zuteileinrichtung wird eine Translationsbewegung eingespart, so daß mit einem zweiachsigen Handhabungsautomaten trotzdem alle Werkzeugmaschinen automatisch beschickt werden können.
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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Zuteileinrichtung zur Ver- und Entsorgung von Werkzeugmaschinen mit bzw.

   von vorzugsweise wellenförmigen Werkstücken, die in einem flurfrei beförderbaren containerartigen Transportbehälter auf übereinander angeordneten Paletten ruhend angeliefert bzw. abtransportiert werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) in einem Gestell (51) sind unmittelbar nebeneinander ein von oben frei zugänglicher erster vertikaler Schacht (52) zur Aufnahme von mit zu bearbeitenden Werkstücken bestückten Transportbehältern (2') und ein ebenfalls von oben frei zugänglicher zweiter vertikaler Schacht (53) zur Abgabe von mit bearbeiteten Werkstücken bestückten Transportbehältern (2"') angeordnet.

   b) In einer oberen ersten Ebene (Speicherebene 54) des Gestells (51) ist in jedem der beiden Schächte (52, 53) mindestens je ein Transportbehälter (2'; 2m) vorübergehend lagerbar.

   c) Mittels einer vertikalen Fördereinrichtung (8) sind die Transportbehälter im ersten Schacht (52) aus der oberen ersten Ebene (54) in eine darunterliegende untere zweite Ebene (Bearbeitungsebene 55) absenkbar und im zweiten Schacht (53) aus der unteren zweiten Ebene (55) in die obere erste Ebene (54) anhebbar.

   d) Der im ersten Schacht (52) in die untere zweite Ebene (55) abgesenkte Transportbehälter (2") ist mittels der vertikalen Fördereinrichtung (8) derart positionierbar, daß die in ihm übereinander gelagerten Paletten nacheinander in eine Höhenlage gelangen, in der sie aus dem Transportbehälter (2")horizontal in eine außerhalb des Schachts liegende Ent- und Beladeposition zur Ver- und Entsorgung der Werkzeugmaschine (1) überführbar sind.

   e) In der unteren zweiten Ebene (55) ist eine horizontale Fördereinrichtung (9) vorgesehen zur Überführung des abgesenkten Transportbehälters (2 ") aus dem ersten Schacht (52) in den zweiten Schacht (53).
2. 2. Zuteileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die containerartigen Transportbehälter (2', 2"') während ihres Aufenthalts in der oberen ersten Ebene (Speicherebene 54) durch vorzugsweise pneumatisch betätigbare Klinken o. ä. gehalten sind.
3. 3. Zuteileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportbehälter (2")in der unteren zweiten Ebene (55) nach erfolgter Höhenpositionierung für die Zeit der Überführung der Palette aus dem Transportbehälter in deren Ent- und Beladeposition und umgekehrt mit dem Gestell (51) oder einem damit starr verbundenen Einrichtungsteil (Ent- und Beladetisch 6) verriegelbar ist.
4. 4. Zuteileinrichtung nach einem der Asprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine speicherprogrammierbare Steuereinrichtung für die Steuerung der vertikalen und horizontalen Förderung und der Höhenpositionierung der Transportbehälter sowie der Überführung der Paletten in ihre Ent- und Beladeposition und umgekehrt.
5. 5. Zuteileinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung gleichzeitig auch als Steuereinrichtung für einen der Zuteileinrichtung zugeordneten Handhabungsautomaten (7) oder Lader ausgebildet ist, durch den die Werkstüeke von der in die Ent- und Beladeposition überführte Palette entnommen und der Werkzeugmaschine (1) zugeführt werden und umgekehrt.
6. 6. Zuteileinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung mit der Steuerung sowohl der vom Handhabungsautomaten (7) oder Lader ver-und entsorgten Werkzeugmaschine (1) als auch des die Transportbehälter flurfrei befördernden übergeordneten Transportsystems korrespondiert.