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10. Bearbeitungazentrum nach Anspruch 9,
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dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum des Kontrollzylindere (17)
über ein durch den Spanndruck schließendes Rückschlagventil (40) mit dem Druckraum
(39) der Kolben-Zylinder-Einheit (35) und über ein Sperrventil (44) direkt mit dem
Drucköl speicher (43) in Verbindung steht.
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11. Bearbeitungazentrum nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Sperrventil (44) pneumatisch steuerbar ist und an eine Pneumatikkupplung
(45) angeschlossen ist, die mit einer entsprechenden Pneumatikkupplung der Verlor
gungseinheit (7,10) kuppelbar ist.
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Programmgesteuertes Bearbeitungszentrum Die Erfindung betrifft ein
programmgesteuertes Bearbeitungszentrum nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
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Bei der vollautomatischen Fertigung von Werkstücken unter Einsatz
derartiger Werkzeugmaschinen wird außer zum Einrichten der Maschine selbst lediglich
eine Arbeitskraft benötigt, die die Wechselpaletten mit einem Werkstück oder mehreren
Werkstücken belädt und nach deren Fertigstellung entlädt. ist die Werkzeugmaschine
mit einem entsprechenden großen Palettenbahnhof versehen, so ist es auf diese Weise
möglich, die in einer Schicht bearbeitbaren Werkstücke auf den Wechselpaletten unterzubringen
und so z. B. während der Nacht, einen völlig mannlosen Betrieb aufrechtzuerhalten.
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Das Be- und Entladen der Wechsel paletten erfolgt in einer sogenannten
Rüststation, wo zur Betätigung der hydraulischen Werkstück-Spannvorrichtung einer
jeden Wechselpalette eine Versorgungseinheit angeo-rdnet ist. Diese kuppelt sich
mit ihrem Versorgungsanschluß in der Regel selbsttätig an den zugeordneten Versorgungsanschluß
der in die Rüststation einfahrenden Wechselpalette an. (RÜMHELT-Prospekt F 9.426
Ausgabe 9/84).
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Je nach Bauart der Wechselpalette erfolgt dabei entweder eine unmittelbare
Lieferung von hydraulischer Energie in Form von Drucköl oder von elektrischer Energie
zum Antrieb eines in der Wechselpalette untergebrachten Druckerzeugers, z. B. einer
Pumpe.
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Da die Wechselpaletten auf ihrem Weg ins Bearbeitungs zentrum von
der Versorgungseinheit abgekuppelt werden müssen, enthalten alle Wechselpaletten
einen Druckölspeicher, der sicherstellen soll, daß auch bei einem geringen, z. B.
durch beschädigte Dichtungen bedingten Verlust an Drucköl die Spannkraft der Spanneinrichtung
weitgehend erhalten bleibt.
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Zur Überwachung der Spannkraft sind bisher drei Lösungen bekannt geworden.
Eine erste, im erwähnten RÖMHELTProspekt beschriebene Ausführung benutzt einen federbelasteten
Kontrollzylinder, der mittels Endschalter vor dem Einlauf in die Bearbeitungsstation
abgefragt wird. Hiermit kann aber ein Druckverlust, der erst in der Bearbeitungsstation
entsteht, nicht ermittelt werden.
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Eine zweite, im gleichen Prospekt beschriebene Lösung benutzt eine
drahtlose Überwachung. Hiermit wird bei einem bestimmten Druckabfall im Hydrauliksystem
der Wechselpalette durch einen Druckschalter in Verbindung mit einen Sender ein
Signal an einen Empfänger gegeben. Mit diesem Signal kann eine optische und akustische
Anzeige ausgelöst oder die Maschine abgeschaltet werden. Nachteilig an dieser Ausführung
ist, daß der Sender mit einem in der Wechselpalette unterzubringenden Energieträger
ausgerüstet sein muß, der einer ständigen manuellen Überwachung bedarf. Außerdem
ist eine Drucküberwachung in der Bearbeitungsstation nur unter hohem technischem
Aufwand möglich, denn der Sender und der Empfänger müssen relativ genau zueinander
ausgerichtet sein 9 um eine einwandfreie Übertragung der Signale zu gewahrleistenO
Diese
Bedingung ist für eine auf dem Maschinentisch der Bearbeitungsstation drehbare Wechselpalette
jedoch nur in einer ganz bestimmten Drehstellung erfüllt.
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Beiden beschriebenen Lösungen ist gemeinsam, daß der Spanndruck während
des Bearbeitens eines Werkstückes nicht den jeweils gegebenen Zerspanungsbedingungen,
z. B.
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beim Schruppen und Schlichten, angepaßt werden kann.
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Insbesondere ist es unmöglich, den Spanndruck nach dem Schruppen bis
auf 0 abzusenken und anschließend wieder auf einen dann benötigten Wert aufzubauen.
Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn damit gerechnet werden muß, daß durch
2in Abtragen der berkstückhaut die dabei frei werdenden Spannungen das Werkstück
verziehen.
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Eine dritte, in der Zeitschrift Technica 20/1984, S.98 beschriebene
Lösung der Fa. Gühring, Spanntechnik, Kornwestheim, kommt ohne eine Ankupplung der
Wechselpalette in der Rüststation aus, weil als Energieträger für den Druckerzeuger
in der Wechselpalette mehrere Batterien untergebracht sind. Ein Druckwächter überwacht
den Spanndruck, der mittels einer integrierten Steuerlogik ständig mit dem programmierten
Drucksollwert verglichen und bei Druckabfall durch Nachspeisen aus einem Druckölspeicher
wieder hergestellt wird. Der Sollwert wird von der Maschinensteuerung nach dem Sender/Empfänger-Prinzip
der Steuerlogik durch Übertragung von Infrarot-Signalen mitgeteilt. Dadurch ist
der Spanndruck in jeder Phase der Bearbeitung veränderbar.
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Nachteilig ist, abgesehen von dem großen technischen Aufwand einer
jeden Wechselpalette, der die Investitionskosten der gesamten Anlage wesentlich
beeinflußt, auch hier die von der gewählten Signalübertragung abhängige Einschränkung
der Drucküberwachung und. -änderung in der Bearbeitungsstation auf eine ganz bestimmte
Stellung der Wechselpalette relativ zur Bearbeitungsstation. Darüberhinaus bedürfen
die Batterien einer ständigen Kontrolle und Wartung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den technischen Aufwand eines Bearbeitungszentrums
der eingangs beschriebenen Gattung zum Überwachen des Spanndruckes in allen wichtigen
Phasen des Durchlaufes einer Wechselpalette, zum Aufrechterhalten des Spanndruckes
innerhalb gewisser Grenzen bei Druckölverlust und zum feinfühligen Anpassen des
Spanndruckes an die gegebenen Zerspanungsbedingungen möglichst niedrig zu halten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Merkmale des Kennzeichens des
Patentanspruches 1 vorgeschlagen.
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Die Erfindung ermöglicht es unmittelbar nach dem Aufsetzen einer Wechselpalette
auf den Maschinentisch und solange sich die Wechselpalette dort befindet, deren
Spanndruck zu prüfen.
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Stellt sich der Spanndruck als nicht ausreichend hoch heraus, so kann
er auf den gewünschten Wert gebracht werden, ohne hierfür die Wechselpalette aus
der Bearbeitungsstation zu entnehmen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale der Erfindung gehen
aus den Unteransprüchen hervor.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 einen Aufriß des erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrums, Fig. 2
den Hydraulikkreis einer Wechselpalette, Fig. 3 eine Ansicht einer in der Bearbeitungastation
des Bearbeitungszentrums befindlichen, teilweise geschnittenen Wechselpalette, Fig.
4 eine Versorgungseinheit für die Wechselpaletten und Fig. 5 eine schematische Ansicht
eines weiteren Druckerzeugers einer Wechselpalette mit zugeordnetem Hydraulikkreis
Das Bearbeitungazentrum besteht nach Fig. 1 aus einer programmgesteuerten Werkzeugmaschine
1 mit einem in Richtung des Pfeils 2 verschiebbaren, zur drehbaren Aufnahme einer
Wechselpalette 3 eingerichteten Maschinentisch 4 und einem Palettenbahnhof 5, umfassend
eine Vielzahl in zwei Reihen parallel zur Verschieberichtung des Maschinentisches
4 ausgerichteter Stationen, denen jeweils eine Wechselpalette 3 zugeordnet ist.
Die zu bearbeitenden Werkstücke werden durch eineBedienungsperson in der Rüststation
6 auf die dort befindliche Wechselpalette 3 aufgespannt -und können anschließend
im mannlosen Betrieb in der Werkzeugmaschine 1 bearbeitet werden. Somit bildet der
Palettenbahnhof 5 einen Speicher für eine der Zahl der vorhandenen Wechselpaletten
3 entsprechende Anzahl auch unterschiedlicher Werkstücke.
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Zum Festspannen der Werkstücke sind die Wechselpaletten 3 mit einer
nicht gezeigten, hydraulisch betätigbaren Spanneinrichtung ausgerüstet, deren Druckbeaufschlagung
durch eine
der Rüststation 6 zugeordnete, mit der dort befindlichen
Wechselpalette 3 zusammenarbeitenden ersten Versorgungeeinheit 7 erfolgt. Eine beladene
Wechselpalette 3 wird ln Richtung des Pfeils 8 aus der Rüststation 6 heraus in die
nächste Station transportiert. Synchron dazu werden alle anderen Wechselpaletten
3 aus der jeweils besetzten Station in die nächste verschoben, wodurch eine noch
unbeladene oder mit einem fertig bearbeiteten Werkstück beladene Wechsels palette
3 in die Rflstatation gelangt.
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Da alle die Ruststation 6 verlassenen Wechselpaletten 3 von der dort
befindlichen Versorgungseinheit 7 abgetrennt werden, besteht die Gefahr, daß auf
dem möglicherweise über Stunden andauernden Weg der Wechselpaletten 3 in die Beerbeitungsstation
9 der Werkzeugmaschine 1 durch Verlust geringster Druckölmengen ein wesentlicher
Abfall des auf die Werkstücke einwirkenden Spanndruckes eintritt. Aus diesem Grunde
ist der Bearbeitungsatation 9 eine zueite Versorgungseinheit 10 zugeordnet, die
mit der unten erwähnten Ausnahme baugleich ist mit der ersten Versorgungseinheit
7 an der Rüststation 6 Sobald eine Wechselpalette 3 in die Bearbeitungsstation 9
eingebracht und auf dem Maschinentisch 4 befestigt ist, erfolgt eine Prüfung des
Spanndruckes mittels einer Drucküberwachunge einrichtung. Ist der Spanndruck ausreichend
hoch, so beginnt unmittelbar darauf die Bearbeitung des Werkstuckes. Ist der Spanndruck
jedoch zu.niedrig, so wird die Wechselpalette 3 mit der erwähnten Versorgungseinheit
10 gekuppelt.
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Das Ankuppeln der Wechselpalette 3 an die Versorgungseinheit 40 erfolgt
in der Weise, daß der Maschinentisch 4 mitsamt der darauf befindlichen Wechselpalette
3 in Richtung auf die in
der Verlängerung der Verschieberichtung
des Maschinentisches 4 in passender Entfernung angeordnete Versorgungseinheit 10
verschoben wird. Dabei ist vorher sicherzustellen, daß die Kupplungshälfte der Wechselpalette
3 der Versorgungseinheit 10 zugewandt ist. Wenn dies nicht bereits durch eine geeignete
Zuführung der Wechselpalette 3 zur Bearbeitungsstation 9 möglich ist, so muß die
Wechselpalette auf dem Maschinentisch 4 drehbar sein. Nachdem der Spanndruck auf
den vorgegebenen Wert gebracht ist, wird der Maschinentisch 4 unter Abkupplung der
Wechselpalette 3 von der Versorgungseinheit 10 in seine Bearbeitungsposition zurückverfahren.
Die anschließende Bearbeitung des Werkstückes erfolgt dann unter ständiger Überwachung
des Spanndruckes.
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Wird während des Bearbeitens des Werk stückes ein unzulässig hoher
Abfall des Spanndruckes festgestellt, so wird durch die Maschinensteuerung der Bearbeitungsvorgang
abgebrochen und der oben beschriebene Vorgang wiederholt. Die beschriebene Drucküberwachungseinrichtung
kann im weiteren Verlauf des Bearbeitungsvorganges ggfs. auch zum vollständigen
Abbau des Spanndruckes und anschließenden Neueinstellen des Spanndruckes, z. S.
anläßlich des Überganges von einer Schrupp- zu einer Schlichtbearbeitung benutzt
werden.
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Nach dieser Übersicht wird im folgenden näher auf die verschiedenen
Komponenten des Bearbeitungszentrums eingegangen.
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Gemäß Fig. 2 weist der in der Wechselpalette 3 untergebrachte Hydraulikkreis
einen ansich bekannten, mittels einer Spindel 11, deren freier Endbereich im Querschnitt
mit einem Vielkantprofil 12 versehen ist, betätigbaren Hochdruck erzeuger auf.
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Hierfür ist eine ansich bekannte Kolben-Zylinder=Rinheit 13 eingesetzt,
deren Druckraum 14 Ober eine Leitung 15 mitwder Spanneinrichtung, über eine Leitung
16 mit einem als Drucküberwachungseinrichtung fungierenden Kontrollzylinder 17 sowie
über eine ein durch den Spanndruck schließendes Rückschlagventil 18 enthaltende
Druckmittelleitung 19 mit einem Druckölspeicher 20 in Verbindung steht.
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Das erstmalige Auf- bzw. Nachfüllen des Druckölspeichers 20 erfolgt
über eine Leitung 21 von einer externen Druckölquelle aus, da wegen der getroffenen
Anordnung des Rückschlagventils 18 aus dem Hydraulikkreis kein Drucköl entnommen
werden kann, Ferner ist der Hydraulikkreis über ein manuell verstellbares Absperrventil
22 mit einer externen Druckmittelquelle verbindbar, über die der Hydraulikkreis
mit Druckol ausfüllbar ist.
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Sowohl der Kontrollzylinder 17 als auch der Druckdlspeicher 20 weist
einen federbelasteten Kolben 23, 24 auf, der je nach der Höhe des Spanndruckes bzw.
dem Füllzustand des Druckdlspeichers 20 verschieden weit aus der Kontur der Wechselpalette
3 herausragt.
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Der Druckaufbau beim Fest- bzw. Nachspannen oder das Herabç setzen
des Spanndruckes erfolgt durch entsprechendes Verh drehen der Spindel 11 der Kolben-Zylinder-Einheit
13, wobei deren Kolben 25 zwecks Druckaufbau in den Druckraum 14 eindringt. Mit
zunehmendem Druckaufbau wird der Kolben 23 des
Kontrollzylinders
17 gegen die Kraft der Feder 26 nach außen gedrückt, wobei das Maß, um das er aus
der Kontur der Wechselpalette 3 herausragt, Auskunft über den Spanndruck gibt. Abgefragt
wird dieser in unten beschriebener Weise.
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Die Anordnung des Kontrollzylinders 17 für den Spanndruck ist insbesondere
aus Fig. 3 ersichtlich. Sie ergibt sich aus dem Umstand, daß der kontrollzylinder
17 sowohl in der Rüststation 6 als auch in der Bearbeitungsstation 9 mit den dort
jeweils vorhandenen Fühlelementen für den Spanndruck zusammenwirken soll. Ein derartiges
Fühlelement, das in der Bearbeitungsstation 9 ständig Aufschluß über den Spanndruck
geben soll, kann dort in einfacher Weise nur am Maschinentisch 4 untergebracht werden.
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Enthält der Druckölspeicher 20 genügend Drucköl, so ragt auch dessen
gegen die Kraft der Feder 27 verschobener Kolben 24 eine bestimmte Strecke aus der
Kontur der Wechselpalette 3 heraus. Daher gibt auch diese Strecke Auskunft über
den Füllzustand des Druckölspeichers 20. Sie wird in unten beschriebener Weise abgefragt.
Verliert der Hydraulikkreis z. B. aufgrund von unzulänglichen Dichtungen Drucköl,
so wird zunächst aus dem Druckölspeicher 20 die entsprechende Menge Drucköl nachgespeist.
Entsprechend dem dann geringeren Volumen des Druckölspeichers 20 wird das Maß, um
das der Kolben 24 nunmehr aus der Kontur der Wechselpalette 3 herausragt, geringer.
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Bei Überschreiten eines zulässigen Druckölverlustes führt dies schließlich
zu einer Fehlermeldung an der Maschine. In diesem
Fall kann der
Druckölspeicher 20 über die Leitung 21 nachgefüllt werden. Eine Nachfüllmdglicheit
an der Versorgungseinheit 7 ist dabei in der Regel ausreichend, da zu Beginn des
Beladens der Wechselpaletten 3 darauf geachtet werden kann, ob der Druckolspeicher
20 vorschriftamäßig gefüllt ist.
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Gemäß Fig. 4 weist die Versorgungseinheit 7 der Rüststation 6 ein
entsprechend der Lage des Kontrollzylinders 17 für den Spanndruck angeordnetes Fühlelement
28, einen mit dem Kolben 24 des Druckölspeichers 20 zusammenarbeitenden Füll standgeber
30 für den Druckölstand im Druckölspeicher 20 sowie einen Antriebsmotor 31 auf.
Dessen Abtriebswelle ist mit einem Kopf 32 mit zum Vielkantprofil 12 der Spindel
11 passenden; Hohiprofil versehen. Um ein Kuppeln des Kopfes 32 an die Spindel 11
zu ermöglichen, ist die Versorgungseinheit 7 in Richtung des Pfeils 33 verschiebbar.
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Als Füllstandgeber 30 dient ein Potentiometer, das mit dem Kolben
24 des Druckölspeichers 20 zusammenarbeitet.
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Als Antriebsmotor 31 dient ein impulsgesteuerter Schrittmotor, der
von der Steuerlogik der Maschinensteuerung in Abhängigkeit von den Signalen des
Fühlelementes 28 ange steuert wird. Dabei handelt es sich bei dem Fühlelement 28
ebenso wie bei dem Fühlelement 29 im Maschinentisch 4 um einen Impulsgeber, der
mit dem Kolben 23 des Kontrollzy linders 17 zusammenwirkt. Die Steuerlogik bewirkt
in Ab hängigkeit von den Signalen des Fühlelementes 29 eine feinen fühlige und genaue,
vor allen Dingen aber wiederholbare Ansteuerung des Antriebsmotors 31.
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Die mechanische Ansteuerung der Kolben-Zylinder-Einheit 13 in der
Wechselpalette 3 durch einen Antriebsmotor 31 in den Versorgungseinheiten 7,10 hat
den Vorteil, daß beim Spanndruckaufbau keine die Versorgungseinheit und die Wechselpalette
3 auseinanderdrückenden Kräfte auftreten.
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Die zweite, der Bearbeitungsstation 9 zugeordnete Versorgungseinheit
10 ist im Gegensatz zu der Versorgungseinheit 7 unverschiebbar gelagert und ist
lediglich mit einem Antriebsmotor der für die Versorgungseinheit 7 bereits beschriebenen
Art und einem Füllstandgeber (Potentiometer) ausgerüstet.
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Ein im Vergleich zu dem in Fig. 2 gezeigten bedeutend einfacher aufgebauter,
insbesondere aber auch einfach zu betätigender Druckerzeuger geht aus Fig. 5 hervor.
Danach ist in der Wechselpalette 3 als Druckerzeuger eine Kolben-Zylinder-Einheit
34 in der Art eines Druckübersetzers untergebracht und an einen Hydraulikkreis der
Wechselpalette 3 angeschlossen, der, soweit im fogenden gleiche Bezugszeichen benutzt
werden, mit dem Hydraulikkreis gemäß Fig. 2 übereinstimmt. Die Kolben-Zylinder-Einheit
34 besteht aus einem ersten, doppeltwirkenden Zylinder 35 relativ großen Durchmessers
mit darin verschiebbarem Kolben 36. Dieser Kolben 36 bildet eine Baueinheit mit
einem in einem zweiten Zylinder 37 eintauchenden Plungerkolben 38, dessen Durchmesser
im Vergleich zu dem des f<olbens 36 sehr viel kleiner ist. Der Druckraum 39 des
Zylinders 37 steht a) über eine ein durch den Spanndruck schließendes Rückschlsgventil
40 enthaltende Leitung 15 mit der Spanneinrichtung, b) über eine Leitung 16 mit
dem Kontrollzylinder 17
c) über eine ein manuell zwecks Auffüllung
des Hydraulikkreises mit Drucköl und Entleerung verstellbares Absperrventil 22 enthaltende
Leitung 41 mit einer Hydraulikkupplung 42 zum Anschluß an eine externe Druckolquelle
und d) über eine ein durch den im Druckraum 39 erzeugten Spanndruck schließendes
Rüc(cschlagventil 18 enthaltende Leitung 19 mit einem drucklosen Druckölspeicher
43 in Verbindung. Ferner ist die Leitung 15 mit dem Druckölspeicher 43 über eine
weitere Leitung verbunden, in welcher ein mittels Druckluft steuerbares Sperrventil
44 enthalten ist. Die dazu erforderliche Druckluft wird über eine Leitung von einer
Pneumatikkupplung 45 herangeführt, deren passendes und geeignet angeordnetes Gegenstück
in nicht gezeigter Weise anstelle des Antribamotors 31 an den Versorgungseinheiten
7,10 vorgesehen ist In der Nähe der Pneumatikkupplung 45 ist an der Wechselpalette
3 eine weitere Pneumatikkupplung 46 angeordnet, die über eine Leitung mit einem
ein wechselweises Seaufschlagen der beiden Zylinderräume 35a,35b des ersten Zylinders
35 erdglichendes Steuerventil 47 verbunden ist. Zur Umschaltung dieses Steuerventils
47 jeweils bei Erreichen einer Endlage des Kolbens 36 sind zwei Schaltventile 48,49
so am Zylinder 35 angeordnet, daß jeweils eines davon durch den in seine Endlage
ein laufenden Kolben 36 betätigt wird. Jedes der Schaltventile 48,49 liegt in einer
Leitung, welche von der Pneumatikkupplung 46 zu einem der Steuerzylinder des Steuerventils
47 führt
Bei der Inbetriebnahme der Anlage wird nach dem Anschluß
der Hydraulikkupplung 42 an die zugeordnete Kupplung der Versorgungseinheit 7 und
Öffnen des Sperrventils 44 Drucköl in den Druckölspeicher 43 gefordert. Nach dem
Schließen des Sperrventils 44 kann über die Pneumatikkupplung 46 und das Steuerventil
47 eine Beaufschlagung des Kolbens 36 im ersten Zylinder 35 mit relativ geringem
Druckmitteldruck erfolgen. Der Kolben 36 führt dabei eine Vielzahl Hübe aus, wobei
seine Bewegungsrichtung jeweils nach Erreichen einer Endstellung im Zylinder 35
automatisch durch das dann betätigte Ventil 48 oder 49 umgekehrt wird.
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Der Plungerkolben 38 fördert das aus dem Druckraum 39 des zweiten
Zylinders 37 verdrängte Drucköl über das Rückschlagventil 40 und die Leitung zur
nicht gezeigten Spanneinrichtung der Wechselpalette 3 und saugt bei jeder Rückhubbewegung
aus dem Druckölspeicher 43 über das Rückschlagventil 18 Drucköl nach.
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Der Durchmesser des Kolbens 36 und des Plungerkolbens 38 ist in Abhängigkeit
vom Druck der zur Verfügung stehenden Druckluft und dem maximalen Spanndruck zu
wählen.
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Der Abbau des Spanndruckes erfolgt in der Versorgungseinheit 7 durch
Beaufschlagen des Sperrventils 44 mit Druckluft, wobei das Drucköl aus der Leitung
15 in den Druckölspeicher 43 strömt.
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