DE3544174A1

DE3544174A1 - Automatische bearbeitungsmaschine mit einer werkstuecktransfereinrichtung

Info

Publication number: DE3544174A1
Application number: DE19853544174
Authority: DE
Inventors: Kenrick B. Brampton Ontario Maharaj; John S. Schoemberg Ontario Malcolm; Kenneth J. Toronto Ontario Palfery; Donald R. Ing. Georgetown Ontario Puckering; Kee-Shong Brampton Ontario Wong
Original assignee: McDonnell Douglas Corp
Current assignee: McDonnell Douglas Corp
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1986-06-26
Also published as: CA1244636A; IT8523195A0; JPS61192428A; IT1200880B; US4612697A

Description

Automatische Bearbeitungsmaschine mit einer Werkstücktransfereinrichtung

Die Erfindung betrifft im allgemeinen automatische Werkzeugmaschinen, die zur Ausführung mehrerer Maschinenfunktionen an einem Werkstück programmierbar sind, und insbesondere automatische Werkzeugmaschinen mit einer Werkstücktransfereinrichtung, welche ein Werkstück von einem Speicherbehälter entladen und dies an eine Bearbeitungsstation befördert.

Automatische Werkzeugmaschinen sind allgemein bekannt, welche mehrere spanabhebende Funktionen wie Fräsen, ,Bohren, Gewindeschneiden, Gewindebohren an einem "Werkstück ausführen. Diese Maschinen sind meist mit einem Werkzeugrevolver versehen ,an dem viele spanabhebende Werkzeuge oder Schneidwerkzeuge montiert sind, um viele Aufgaben der Maschine zu erfüllen. Der Werkzeughalter oder die Werkzeugaufnahme ist meist eine drehbare, in einem Bohrkopf montierte Spindel, die /erstellbar auf einer senkrechten Säule oder einer Pinole zur Durchführung von senkrechten Bewegungen montiert ist. Die Werkzeugspindel ist gegenüber der Pinole drehbar gelagert und gegenüber dem Bohrkopf axial beweglich. Außerdem ist das Werkstück an einem Werkstücktisch aufgespannt, der in einer horizontalen Ebene x-y beweglich ist, um viele Stellungen zur

SO Durchführung verschiedener spanabhebender Arbeiten zu bieten.

Dio Bearbeitung wird durch die Werkzeugspindel durchgeführt, die drehbar in einem Spindelkopf montiert ist,und gegenüber dem Werkstück senkrecht verschoben werden kann. Präzisionsschneidgänge werden durchge-

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führt, sodaß ein: Lochmittelpunkt genau zur Achse der drehbaren Werkzeugspindel und zur kombinierten Bewegung des Werkstücktisches in seiner waagerechten Bewegungsebene positioniert werden kann. Die Spindel wird während der Bearbeitung mit einer vorgewählten Schnittgeschwindigkeit gedreht und nach unten durch den Bohrkopf auf der Pinole mit einer gegebenen Vorschubgeschwindigkeit verfahren. Das spanabhebende Werkzeug ist lösbar in einem Spannfutter montiert, das vom unteren Ende der Werkzeugspindel getragen wird und einen Teil der Spindel bildet. Außerdem entfernt ein Werkzeugwechsler das Werkzeug vom Spannfutter am Ende eines spanabhebenden Vorgangs und ersetzt das gebrauchte Werkzeug automatisch gegen ein neues,wodurch Zeitverluste, die sich beim Werkzeugwechsel von ,Hand ergeben, entfallen.

Alle diese Maschinenfunktionen werden schnell und wirksam durchgeführt, um den höchsten Wirkungsgrad der Werkzeugmaschine zu erzielen. Die automatische Steuerung der Werkzeugmaschine erfolgt durch eine numerische Steuerung, welche von einem Lochstreifen oder einem anderen Speicher gesteuert wird, welcher den Tisch so regelt, daß das Schnittzentrum zur ^jhse der Werkzeugmaschine positioniert wird, die Spindeldrehzahl, der Spindelvorschub an der Pinole und andere Maschinenfunktionen automatisch gewählt werden.

Automatische Beschickungs- oder Lademerkmale sind meist nicht bei automatischen Werkzeu-gmaschinen vorgesehen. Häufig ist es zweckmäßig, das Werkstück in eine Aufnahmevorrichtung außerhalb der Bearbeitungsfläche einzuspannen und es nach dem Spannen auf Schienen in die Bearbeitungsstellung zu schieben. Die gegenwärtigen Werkzeugtranfereinrichtungen bedürfen des Eingriffes von Hand, um das Werkstück auf eine

Transferpendeleinrichtung zu laden, ehe es an eine Arbeitsstation zur Bearbeitung befördert werden kann. Es wäre wünschenswert, wenn eine automatische Maschine die Möglichkeit hätte, ein Werkstück von einem

*> "Taterialstapel auszuwählen, das Werkstück an eine Bearbeitungsstation zu befördern und schließlich ein neues Werkzeug vom Materialstapel auszuwählen. Solch eine Maschine ¹TiIt einem viel höheren Automatisierungsgrad ergibt einen höheren Wirkungsgrad als Bearbeitungsgänge mit Eingriff von Hand.

Erfindungsgemäß ist eine Werkzeugmaschine vorgesehen, welche mehrere Maschinenfunktionen an einem Werkstück ausführt und die die Möglichkeit aufweist, ein Werk-" stück von einen Rohmaterialstapel auszuwählen, das Werkstück einer Bearbeitungsstation zuzuführen und "ein neues Werkstück vom Rohmaterialstapel ohne menschlichen Eingriff auszuwählen.

Somit ist erfindungsgemäß eine automatische Werkzeugmaschine vorgesehen, gekennzeichnet durch: einen Rahmen, einen mit dem Rahmen verbundenen beweglichen Werkstücktisch, der ein Werkstück trägt und in Längssowie Querrichtung beweglich ist, um das Werkstück an einem gewünschten Punkt in einer waagerechten Ebene zu positionieren, eine mit dem Rahmen verbundene drehbare Spindel, die für senkrechte Bewegungen am Rahmen ausgelegt ist, um ein snanendes oder Schneidwerkzeug zu tragen und es mit einer vorgegebenen Dreh- zahl zu drehen, um das Werkstück zu bearbeiten, eine mit dem Rahmen verbundene Werkzeugwechseleinrichtung, welche Werkzeuge speichert und ein in der Spindel eingespanntes Werkzeug gegen eines von vielen verschiedenen Werkzeugen in der Speichereinrichtung austauscht, eine Materialhandhabungseinrichtung mit einem Werkstückgreifer, der in der Spindel eingespannt und

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in der Werkzeugwechseleinrichtung gespeichert

um das Werkstück zu ergreifen und es an eine zweite Bearbeitungsstation auf dem beweglichen Werkstücktisch zu befördern, und eine programmierbare Steuer- ° einrichtung, welche den Werkstücktisch, die Spindel, die Werkzeugwechseleinrichtung und die Material handhabungseinrichtung steuert, um das Werkstück automatisch auf dem Werkstücktisch abzuladen, es zu bearbeiten und ein neues Werkstück für die Bearbeitung ¹^ auszuwählen.Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

¹^ Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen automatischen Werkzeugmaschine,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Materialhandhabungseinrichtung der Figur 1, 20

Fig. 3 eine Draufsicht der Materialhandhabungseinrichtung der Figur 2,

Fig. 4 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen werkzeuggreif- oder Aufnahmeeinrichtung,

Fig. 5 eine Draufsicht der Werkzeuggreifeinrichtung der Figur i.

Figur 1 zeigt ein automatisches Bearbeitungszentrum 5. Das automatische Bearbeitungszentrum 5 weist im allgemeinen einen Rahmen 12 mit einem darauf montierten beweglichen Maschinenbett 14 auf, welches sich längs und quer in einer waagerechten Ebene bewegt. Auf dem Maschinenbett 14 befindet sich ein langer in Zapfen gelagerter Werkstücktisch 16, der drehbar an

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jedem Ende durch Stützen 18 und 20 getragen wird, s.odaß er mit einem Antriebsmotor 22 um seine v^rT.agerechte Achse gedreht werden kann. Der Werkstücktisch ist lang gebaut, damit auch große Teile bearbeitet werden können. Eine Hydraulikbremse 24 ist auf einem Träger 20 angeordnet und wird zur Reibungsbremsung "der Drehung des Werkstücktisches 16 in einer Sollstellung betätigt. Die Drehung des Werktisches 16 um seine waagerechte Achse gestattet genaue Winkelschnitte an einem Werkstück gegenüber der senkrechten Achse eines spanenden oder Schneidwerkzeugs. Ein Werkstück 32 kann durch gleichzeitige Drehung des Werkstücktisches 16 mit den x-y-Bewegungen in seiner waagerechten Ebene bearbeitet werden. Ein Antriebskopf 2 6 ist am Rahmen 12 befestigt und bewegt sich über eine nicht gezeigte, jedoch allgemein bekannte Pinole in senkrechter Rieh-'"tung. Am Ende des Antriebskopfes 26 befindet sich eine Spindel 28, welche ein spanendes oder Schneidwerkzeug •hält. Der Antriebskopf 26 hält die Spindel 28 und das Schneidwerkzeug 30 mit einer feststehenden Drehzahl, um ein Werkstück 32 spanend zu bearbeiten, das am Werkstücktisch 16 montiert ist. Fine Werkzeugwechseleinrichtung oder ein Revolver 34 wird ebenfalls vom ■Rahmen 12 nahe dem Bohrkopf 26 gehalten und speichert viele verschiedene Schneidwerkzeuge, die in die Spindel 2 8 eingespannt werden können, um verschiedene Bearbeitungsgänge am Werkstück 32 vorzunehmen. Wenn das Werkzeug zur Durchführung eines anderen Bearbeitungsganges ausgetauscht werden soll, löst ein Werkzeugwechselarm 36 das Werkzeug 30 aus der Spindel 28, gibt das gebrauchte Werkzeug zum Werkzeugwechselrevolver 34 zurück, entnimmt diesem ein neues Werkzeug und führt es in die Spindel 28 ein, um einen neuen Bearbeitungsgang durchzuführen. Auf dem Werkstücktisch 16 ist eine Materialhandhabungseinrichtung 40 montiert, welche das Werkstück einem Stapel von Roh-

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material in einer nachstehend näher erläuterten Weise entnimmt.

Die verschiedenen automatischen Bearbeitunqsfunktionen und die genaue Ausrichtung der Werkzeugmaschine 5 werden von einer programmierbaren Steuereinrichtung 38 gesteuert. Diese Steuereinrichtung kann eine numerische Steuerung sein, deren Programm auf einem Lochstreifen oder einem anderen Speicher gespeichert ist.

Die programmierbare Steuereinrichtung 38 steuert außer den nachstehend näher beschriebenen Funktionen, die Materialhandhabungseinrichtung 40, die Bewegung des Werkstücktisches 16 in einer waagerechten Ebene, die Drehung des Werkstücktisches 16 um seine waagerechte Achse, die Drehzahl der Spindel 28 und den automatischen Betrieb des Werkzeugwechselarms 36, "der der Spindel 28 ein gebrauchtes Werkzeug entnimmt und es gegen eines im Werkzeugwechselrevolver 34 gespeichertes Werkzeug austauscht.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine Materialhandhabungseinrichtung 40, die auf dem Werkstücktisch 16 montiert werden kann. Die Materialhandhabungseinrichtung 40 weist im allgemeinen ein auf zwei Führungsschienen 44 und 46 montiertes Magazin 42 auf. Das Magazin 42 enthält einen zu bearbeitenden Rohmaterialstapel 48. Ein Öffnungsschlitz 50 ermöglicht es, daß das Werkstück 32 einzeln aus dem Magazin 42 genommen wird. Ein Pendelarm 52 ist im allgemeinen zwischen den beiden Führungsschienen 44 und 46 unterhalb des Magazins auf einer Laufbahn beweglich angeordnet. Eine Schalteinrichtung 56 ist drehbar und federvorgespannt auf dem Pendelarm 52 montiert. Der Pendelarm 52 bewegt sich auf der Laufbahn 54 und holt das unterste Werkstück 32 aus dem Rohmaterialstapel 48 auf den ersten beiden Führungsschienen 44 und 46 heraus und

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gefördert es auf. der Bahn 59 zu einem zwe: ' en Paar von Führungsschienen 58 und 60". Nachdem das Werkstück 32 auf der zweiten Gruppe von Führungsschienen 58 und 60 positioniert ist, wird es durch Spannvorrichtungen 62 und 64 festaehalten. Ein Verriegelungsstift 66 ist mit dem Pendelarm 52 verbunden, um dessen Bewegung auf den Bahnen 54 und 59 zu erleichtern. Der Verriegelungsstift 66 weist eine Öffnung auf, welche mit einer Schalteinrichtung 70 während eines Transfers in einer nachstehend näher beschriebenen Weise verbunden ist. Die Schalteinrichtung 70 kann im Werkzeugwechselrevolver 34 gespeichert und in die Spindel 28 eingespannt werden. Die Bearbeitung durch die automatische Werkzeugmaschine 5 beginnt mit dem Entladen des Werkstückes vom Rohmaterialstapel 48 im Magazin 42. Dies erfolgt dadurch, daß zuerst die "•Schalteinrichtung 70 aus dem Werkzeugwechselrevolver 34 genommen und in die Spindel 28 eingespannt wird. ■ Der in einer waagerechten Ebene bewegliche Werkstück— tisch 16 wird so positioniert, daß die Mittellinie der Öffnung im Verriegelungsstift 66 mit der Achse der Schalteinrichtung 70 fluchtet, die in die Spindel 2 8 eingespannt ist. Die Schalteinrichtung 70 weist einen Werkzeugkopf 72 auf, der in die Spindel 28 eingespannt wird, sowie eine mit dem Werkzeugkopf 72 verbundene lange Welle 74. Für die Benützung der Schalteinrichtung 70 braucht die Spindel 28 nicht gedreht zu werden. Der Antriebskopf 2 6 wird dann serkrecht herabgefahren, sodaß die lange Welle 74 in die Öffnung des Verriegelungsstiftes 66 einfährt.

Dann wird der Werkstücktisch 16 auf einer Geraden der Länge nach verfahren, sodaß der Pendelarm 52 über die Bahn 54 gezogen wird und die Schalteinrichtung 56 das Werkstück 32 auf den Führungsschienen 44 und 46 vom Magazin 42 bis zur zweiten Gruppe von Führungsschienen 58 und 60 schiebt. Auf der zweiten Gruppe

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von Führungsschienen 58 und 60 spannen hydraulische Spanneinrichtungen 62 und 64 das Werkstück 3 2 fest in seine Stellung. Danach kann das Bearbeitungszentrum 5 die erforderlichen Bearbeitungsfunktionen ausführen. 5

Nach der earbeitung de , Werkstücks"32 wird dieses von der Bearbeitungsstation durch einen Werkzeuggreifer 90 (Fig. 4 und 5) entfernt. Auf Befehl der programmierbaren Steuereinrichtung 38 holt der Werkzeugwechselarm 3 6 den Werkstückgreifer 90 und führt ihn in die Spindel ein. Der Werkstückgreifer 90 ist im allgemeinen eine Dreipunktgreifeinrichtung mit drei getrennten Greifbacken, von denen eine feder^orgespannt ist, um die nötige Greifkraft zum Anheben des Materials aufzubringen, während die beiden anderen feststehend sind, um Material von verschiedenen ••Größen zu handhaben.

.Der Werkstückgreifer 90 der Figuren 4 und 5 weist einen im allgemeinen hohlen "rager 92 auf, der mit einer Spannvorrichtung 94 verbunden ist, die ihrerseits in die Spindel 28 eingespannt werden kann. In den Träger 29 ist ein teleskopierbares Element 93 eingesetzt, der an einem Ende einen Träger mit zwei Greifbacken 96 und 98 aufweist. Mit dem Träger 92 ist auch eine Greifbacke 100 drehbar und federvorgespannt verbunden. Eine Verriegelungsstift er 102 arretiert das teleskopierbare Element 93, um eine Bewegung im Träger 92 zu begrenzen, damit der Abstand zwischen den Greifbacken 96, 98 und 100 festgelegt werde, wodurch Lagermaterial verschiedener Größe aufgenommen werden kann. Eine Feder 104 spannt die Greifbacke 100, um den Druck auf das Lagermaterial in Verbindung mit den Greifbacken 96 und 98 aufrecht zu erhalten. Nachdem der Werkzeuggreifer 90 in der Spindel 28 montiert ist, wird der Bohrkopf abgesenkt bis die

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j- Greifbacken das Werkstück kontaktieren, sodaß die Greifbacke 100 gegen die Vorspannung der Feder 104 gedreht wird, und das Werkstück 32 zwischen den Greifbacken 96, 98 und 100 durch den Druck der Feder 104 gehalten wir". Dann fährt der Bohrkopf 26 senkrecht empor, wobei er das Werkstück 32 inr Werkzeuggreifer 90 mit sich führt, und der Werkstücktisch 16 in seiner waagrechten Ebene in eine vorprogrammierte Stellung fährt, bis das Werkstück genau über der nächsten Bearbeitungsstation steht. Wenn diese vorgegebene Stellung erreicht ist, senkt der Bohrkopf 26 das Werkstück auf die nächste Bearbeitungsstation ab.

Nachdem das Werkstück entfernt wurde, wird der Werkstücktisch wieder geradlinig längs, doch in Gegenrichtung verfahren, sodaß die Schalteinrichtung 17 den - Pendelarm ins Magazin 42 zurückführt. Die Schalteinrichtung 56 muß sich dann nach rechts bis unter das ■nächste unterste Werkstück im Magazin gegen die Vorspannung der Feder drehen, bis sie das Magazin 42 freigibt. Die Federvorspannung dreht dann die Schalteinrichtung 56 nach links in eine Stellung, in der das nächste Werkstück zur Bearbeitungsstation geleitet wird. Dieser Arbeitsgang wird für jedes Werkstück im Magazin 42 wiederholt.

Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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- Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

. 1, Automatische Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch:

a) einen Rahmen (12),

b) einen beweglichen Werkstücktisch (16) der am Rahmen (12) befestigt ist, um ein Werkstück (32) zu tragen und es in Längs- und Querr Achtung an einen gew"nschten Punkt in einer waagerechten

Ebene zu positionieren,

c) eine drehbare Spindel (28), die mit dem Rahmen (12) zur Durchführung einer senkrechten Bewegung an ihm verbunden ist, um ein Schneidwerkzeug (30) zu tragen und es mit einer vorgegebenen

Drehzahl zu drehen, um das Werkstück (32) zu bearbeitn,

d) eine mit dem Rahmen verbundene Werkzeugwechseleinrichtung (34,36) zum Speichern der Werkzeuge. *

(30) und zum Austauschen der in der Spindel (2 8)

eingespannten Werkzeuge (30) gegen eines aus vielen verschiedenen darin gespeicherten Werkzeugen (30) ,

e) eine Materialhandhabungseinrichtung (40) mit

einem Werkzeuggreifer (90), der in die drehbare

Spindel (28) eingespannt werden kann und in der Werkzeugewechseleinrichtung (34) gespeichert wird, um das Werkstück (32) aufzugreifen und es einer zweiten Bearbeitungsstation am Werkstücktisch (16.) zuzuführen,

f) eine programmierbare Steuereinrichtung (38), welche den Werkstücktisch (16), die Spindel (28), die Werkzeugwechseleinrichtung (34) und die Materialhandhabungseinrichtung (40) steuert, um das Werkstück (32) automatisch auf den Werkstück

tisch (16) zu laden, dies zu bearbeiten und ein neues Werkstück (32) zur Bearbeitung auszuwählen.

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2. Automatische Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialhandhabungseinrichtung (40) folgende Baugruppen aufweist:

a) eine am Werkstücktisch (16) montierte Gruppe von Führungsschienen (44,46) zum Transportieren eines Werkstücks (32),

b) ein im allgemeinen auf der Gruppe der Führungsschienen (44,46) montiertes Maaazin (42), welches einen zu bearbeitenden Materialstapel (48) speichert,

c) einen auf einer Bahn (54) montierten Pendelarm (52), der einen Verriegelungsstift (66) mit einer Öffnung aufweist, die mit dem Pendelarm (52) verbunden ist, der auf der Gruppe von Führungsschienen (44,46) im allgemeinen unterhalb des Magazins (42) montiert ist, um ein Werkstück (32) aus dem Magazin zu holen und es über die Gruppe der Führungsschienen (44,46) zu schieben,

d) eine Schalteinrichtung (70) mit einer langen Welle (74), die in der Werkzeugwechseleinrichtung (34) gespeichert ist und in die Spindel (28) eingespannt ist und durch die lange Welle (74) der Schalteinrichtung (70) in die öffnung des Verriegelungsstiftes (66) einfährt, um den führungs' "üin-montierten Pendelarm (52) in Abhängigkeit von der Bewegung des Werkstücktisches 616) zu verschieben,

e) einen verstellbaren mechanischen Dreipunktgreifer (90), der federvorgespannt ist, um eine Greifkraft zu erzeugen und in einer Werkzeugwechseleinrichtung (34) zur Verwendung durch die Spindel in Abhängigkeit von der programmierbaren Steuereinrichtung gespeichert ist, um das Werkstück (32) von den Führungsschienen (44,46) aufzugreifen und es einer anderen Bearbeitungsstation zuzuführen.