DE3615888A1 - Vorrichtung zur bearbeitung von werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige bekannte Vorrichtungen werden beispiels­ weise zum Bohren und Fräsen von Leiterplatten verwendet. Hierzu wird eine Vielzahl verschiedener Werkzeuge benötigt, die sich in einem Magazin befinden. Diese werden zum jeweiligen Gebrauch durch entsprechende Positionierung der Werkzeug­ spindel in dieser aufgenommen und eingespannt und nach Beendigung des zugehörigen Bearbeitungs­ vorgangs wieder im Magazin abgelegt. Da die Spindel gewöhnlich einen das eingespannte Werkzeug um­ gebenden Werkstück-Niederhalter trägt, müssen die Werkzeuge im Magazin in einem entsprechend großen Abstand voneinander angeordnet sein, um eine einwandfreie Aufnahme und Ablage der Werkzeuge aus bzw. in dem Magazin sicherzustellen. Auch sind die Magazine nicht versenkbar ausgebildet, so daß sie während des Nichtgebrauchs nicht aus dem Handhabungsbereich herausgebracht werden können und somit störend wirken.

Aus der DE-OS 33 01 036 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der diese Nachteile teilweise ver­ mieden sind. Diese besitzt einen Werkzeugträger und mindestens eine Antriebseinheit, welche ein drehbares Schneidwerkzeug antreibt. Werkstück­ träger und Arbeitseinheit sind in zwei Richtungen verschiebbar. Weiterhin weist die Maschine mindestens ein Werkzeugmagazin und mindestens einen Werkzeug­ übertrager auf, welcher mit Greifern versehen ist. Der Werkzeugübertrager ist am Werkstückträger befestigt und durch Relativbewegungen des Werkstück­ trägers und der Arbeitseinheit kann der Werkzeug­ übertrager zu jedem gewünschten Werkzeug des Magazins geführt werden. Das so ausgewählte Werkzeug wird dann erfaßt und der Spindel der Arbeitseinheit zugeführt und in diese eingesetzt. Ebenso können auch die umgekehrten Arbeitsgänge durchgeführt werden.

Diese Werkzeugmaschine verwendet Magazine mit relativ geringen Abmessungen, da der Abstand zwischen den Werkzeugen im Magazin unabhängig von der Ausbildung der Werkzeug-Spindel ist. Jedoch ist Gegenstand der genannten Offenlegungs­ schrift eine Vorrichtung, die nur zum Auswechseln von Werkzeugen dient, nicht dagegen weitere Funktionen übernehmen kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung mit mindestens einem Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken, wobei das Werkzeug in einer drehbaren, relativ zum zu bearbeitenden Werkstück linear bewegbaren Spindel lösbar befestigt ist, zu schaffen, die einen hand­ habungsfreundlichen Aufbau besitzt und mit der verschiedene Hilfsfunktionen bei der Werkstückbearbeitung, unter anderem auch das Auswechseln von Werkzeugen, selbsttätig durchführbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ange­ gebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zur Durchführung von Hilfsoperationen an der Spindel ein Manipulator befestigt ist, der einen relativ zur Spindel und zum zu bearbeitenden Werkstück verschiebbaren Kolben aufweist.

Vorzugsweise besitzt der Kolben des Manipulators einen vom Antrieb der Spindel unabhängigen Antrieb. Die Steuerung der Kolbenbewegung kann somit unabhängig von der Spindelbewegung vorge­ nommen werden.

Um mit dem Manipulator beispielsweise einen Werkzeugwechsel durchführen zu können, trägt der Kolben eine Spannvorrichtung zur lösbaren Halterung eines Werkzeugs. Hierzu sind weiterhin zweckmäßig ein Werkzeugmagazin zur Aufnahme einer größeren Anzahl von Werkzeugen und eine Werkzeug-Wechselstation für die Aufnahme von einem oder zwei Werkzeugen vorgesehen.

Vorteilhaft besitzt das Werkzeugmagazin in Einschubrichtung der Werkzeuge nicht ge­ federte Haltevorrichtungen und die Werkzeug- Wechselstation entsprechend gefederte Halte­ vorrichtungen für die Aufnahme der Werkzeuge. Dies führt zu einer wesentlichen Vereinfachung gegenüber den bekannten Vorrichtungen, bei denen die Werkzeuge direkt von der Spindel aus dem Magazin herausgenommen werden. Bei diesen müssen sämtliche Haltevorrichtungen des Magazins gefedert sein, während bei der vorliegenden Vorrichtung nur zwei gefederte Haltevorrichtungen erforderlich sind.

Vorzugsweise ist die Werkzeug-Wechselstation unter die Oberfläche der Unterlage für das Werkstück versenkbar. Dadurch kann auch diese während der Zeiten des Nichtgebrauchs aus dem Handhabungsbereich herausgebracht werden. Das Herausziehen und Versenken der Wechsel­ station können selbsttätig über den Manipulator vorgenommen werden.

Zur Ermittlung der Höhe einer Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks können der Kolben des Manipulators eine Markierung tragen und ein mit der Spindel fest verbundener, mit der Markierung zusammenwirkender Schalter vorge­ sehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt eine schematische Darstellung - teils in der Ansicht und teils im Schnitt - einer Vorrichtung zum Bohren von Leiterplatten.

Auf einem Tisch 1 befindet sich ein Stapel von zu bohrenden Leiterplatten 2. Oberhalb des Tisches 1 ist eine Bohrspindel 3 ange­ ordnet. Der Tisch 1 ist in der Zeichenebene in horizontaler Richtung verschiebbar. Ein Spindelträger 4 ist in horizontaler Richtung senkrecht zur Zeichenebene bewegbar. In dieser Richtung ist die Bohrspindel 3 fest mit dem Spindelträger 4 gekoppelt. In vertikaler Richtung hingegen ist die Bohrspindel 3 mit der Spindelhalterung 5 durch eine Antriebs­ spindel 6 gegenüber dem Spindelträger 4 verstellbar. Die Bohrspindel 3 und die Leiter­ platten 2 sind somit in drei zueinander senkrechten Richtungen relativ zueinander bewegbar. Eine Meßeinrichtung 7 mißt die vertikale Ver­ schiebung der Spindelhalterung 5 gegenüber dem Spindelträger 4.

Die Bohrspindel 3 besitzt am unteren Ende eine nicht gezeigte Spannzange, in die ein Bohrer 8 eingesetzt ist. Die Spannzange wird pneumatisch betätigt; hierzu ist die Bohrspindel 3 mit einer Druckluftleitung 9 verbunden.

Die Spindelhalterung 5 trägt weiterhin einen Niederhalter 10, der beim Bohren der Leiter­ platten 2 auf diese aufgesetzt wird und sie festhält. Der Niederhalter 10 ist pneumatisch gegenüber der Spindelhalterung 5 in vertikaler Richtung verschiebbar; hierzu ist ein Anschluß an eine Druckluftleitung 11 vorgesehen.

Die Spindelhalterung 5 besitzt eine vertikale Bohrung 12, die einen vertikal verschiebbaren Kolben 13 aufnimmt. Eine Feder 14 drückt von unten gegen einen ringförmigen Ansatz 15 des Kolbens 13, so daß dieser Ansatz 15 an der oberen Stirn­ fläche der Bohrung 12 anliegt und der Kolben 13 seine höchste Stellung einnimmt. Über eine Druck­ luftleitung 16 kann ein Überdruck in der Bohrung 12 oberhalb des Ansatzes 15 erzeugt werden, der gegen die Kraft der Feder 14 wirkt und den Kolben 13 nach unten drückt, so daß dieser in vertikaler Richtung gegenüber der Bohrspindel 3 verstellbar ist.

Der Kolben 13 trägt an seinem unteren Ende eine Spannzange 17, die über eine Druckluftleitung 18 sowie durch ein Tellerfedernpaket 19 betätigbar ist.

Der Kolben 13 erstreckt sich soweit nach unten, daß die Spannzange 17 in der obersten Stellung oberhalb der unteren Fläche des Niederhalters 10 endet und in der untersten Stellung über den Niederhalter 10 hinausragt.

Der Kolben 13 trägt weiterhin eine waagerechte Markierung 20, die mit einem in der Spindel­ halterung 5 angeordneten Schalter 21 zusammen­ wirkt.

In dem Tisch 1 befindet sich außerhalb des für die Leiterplatten 2 benötigten Bereichs in einer Aussparung 22 eine versenkbare Bohrer- Wechselstation mit zwei senkrecht zur Zeichen­ ebene hintereinanderliegenden Bohreraufnahmen 23. Die Wechselstation ist im dargestellten Zustand zur Durchführung eines Bohrerwechsels bereit. Eine Zugfeder 24 zieht die Bohreraufnahme 23 und deren Halterung 25 nach unten, wobei diese gegen einen Ansatz eines um eine Achse 26 schwenkbaren, durch eine Druckfeder 27 gegen die Halterung 25 gedrückten Hebels 28 gezogen wird. In der Halterung 25 ist ein Stift 29 verankert.

Die Wechselstation wird aus der versenkten in die dargestellte Lage gebracht, indem der Kolben 13 über dem Stift 29 positioniert und dann heruntergefahren wird, so daß der Stift 29 von der Spannzange 17 ergriffen wird. Daraufhin wird der Kolben 13 unter Mitnahme der Halterung 25 wieder hochgefahren, bis die untere Kante der Halterung 25 über den Ansatz des Hebels 28 rutscht. Der Stift 29 wird dann von der Spannzange 17 wieder freigegeben, so daß die Halterung 25 nur von dem Hebel 28 ge­ halten wird.

Zum Versenken der Wechselstation wird der Kolben 13 über das freie rechte Ende des horizontalen Teils des Hebels 28 gebracht und dann herunter­ gefahren. Dabei stößt die Spannzange 17 gegen den Hebel 28 und verschwenkt ihn entgegen der Kraft der Druckfeder 27 im Uhrzeigersinn, so daß er die Halterung 25 freigibt und diese durch die Feder 24 nach unten gezogen wird, so daß die Wechselstation vollständig in die Aussparung 22 eintaucht.

Zu der Vorrichtung gehört weiterhin ein nicht gezeigtes Bohrermagazin, das beispielsweise abnehmbar vor dem Tisch 1 angeordnet ist. Das Magazin kann dabei gegenüber dem Tisch 1 soweit abgesenkt sein, daß es bzw. die darin gelagerten Bohrer nicht über die Tischoberfläche hinausragen. Eine besondere Versenkbarkeit des Magazins ist somit nicht erforderlich. Dies ergibt sich aus dem Umstand, daß der Kolben 13 soweit heruntergefahren werden kann, daß er unter die Oberfläche des Tisches 1 reicht und seine Spannzange 17 auch entsprechend tief gelagerte Gegenstände erfassen kann.

Ein Bohrerwechsel wird bei der gezeigten Vorrichtung wie folgt durchgeführt:
Nach Abschluß eines Bohrvorganges wird die Bohrspindel 3 abgebremst. Dieser Vorgang dauert mehrere Sekunden. Während dieser Zeit wird der Kolben 13 durch entsprechende Ver­ schiebung des Spindelträgers 4 und des Tisches 1 mit dem angelenkten Magazin über den für den nächsten Bohrvorgang benötigten Bohrer im Magazin gefahren und dann soweit abgesenkt, daß die Spannzange 17 den Bohrer ergreifen kann. Daraufhin wird der Kolben 13 wieder hochgefahren und über einer der beiden Bohreraufnahmen 23 der sich im dargestellten Zustand befindenden Wechselstation positioniert. Durch Herunter­ fahren des Kolbens 13 und Öffnen der Spannzange 17 wird der Bohrer dann in dieser Bohreraufnahme abgelegt. Die Bohrspindel 3 wird anschließend über der anderen Bohreraufnahme 23 positioniert und nach Erreichen ihres Stillstands wird der nicht mehr benötigte Bohrer 8 von der Bohr­ spindel 3 freigegeben und in der darunterliegenden Bohreraufnahme 23 abgelegt. Der Abstand zwischen den beiden Bohreraufnahmen 23 muß hierbei so groß gewählt werden, daß trotz des Nieder­ halters 10 eine einwandfreie Aufnahme und Ablage der Bohrer durch die Bohrspindel 3 durchgeführt werden kann. Die Bohrspindel 3 fährt dann zu der Bohraufnahme 23, in der sich der gerade aus dem Magazin geholte Bohrer befindet und wird über diesem abgesenkt, so daß ihre Spannzange diesen Bohrer ergreifen kann. Während des nun erfolgenden Hochfahrens der Bohrspindel 3 auf die für den Bohrvorgang benötigte Drehge­ schwindigkeit wird der von der Bohrspindel 3 in der Wechselstation abgelegte Bohrer mit Hilfe des Kolbens 13 an seinen Platz im Magazin zurückgebracht. Der Transport der Bohrer zwischen dem Magazin und der Wechselstation erfolgt somit in Zeitabschnitten, die zum Abbremsen bzw. Hochfahren der Bohrspindel 3 benötigt werden, so daß ein zusätzlicher Zeit­ aufwand durch die Zwischenschaltung der Wechsel­ station nicht gegeben ist.

Da der Kolben 13 im Gegensatz zur Bohrspindel 3 beim Herabfahren federnd gehalten ist, ist es, da nur der Kolben 13 Bohrer aus dem Magazin aufnimmt und zu diesem zurückbringt, nicht er­ forderlich, daß die Bohrer im Magazin federnd gelagert werden. Lediglich die Bohreraufnahmen 23 in der Wechselstation müssen federnd in ihrer Halterung 25 angeordnet sein. Dies führt zu einer wesentlichen Vereinfachung der Vorrichtung.

Wenn beispielsweise Sacklöcher mit einer definierten Tiefe in die Leiterplatten 2 gebohrt werden müssen, dann ist es sehr wichtig, die genaue Höhe der Leiterplattenoberfläche zu kennen. Da Dicken­ toleranzen der Leiterplatten nicht zu vermeiden sind, ist hier die genaueste Methode die Messung der Leiterplattenhöhe bei den bereits auf dem Tisch 1 aufliegenden Leiterplatten. Diese Messung kann mit Hilfe des Kolbens 13 unter Verwendung der Markierung 20 und des Schalters 21 vorgenommen werden. Vorzugsweise wird hierzu auch ein Meßstift definierter Länge in der Spannzange 17 eingespannt. Das Meßverfahren läuft dann in der Weise ab, daß der Kolben 13 mit dem eingespannten Meßstift auf die Leiterplatte 2 heruntergefahren wird, wobei die Höhe der Spindelhalterung 5 so eingestellt werden muß, daß sich die Markierung 20 beim Aufsetzen des Meßstiftes auf die Leiterplatte 2 noch unterhalb des Schalters 21 befindet. Da zwischen der Spitze des Meßstiftes und der Markierung 20 ein definierter Abstand besteht, ist auch die Höhe der Markierung 20 beim Aufsetzen des Meß­ stiftes auf die Leiterplatte 2 von der Höhe der Leiterplattenoberfläche abhängig. Die Spindelhalterung 5 wird nun relativ zum Kolben 13, der weiterhin den Meßstift auf die Leiteroberflächenplatte drückt, nach unten ge­ fahren. Wenn der Schalter 21 die Markierung 20 passiert, wird in der Meßeinrichtung 7 eine Nullposition festgelegt. Deren Lage ist somit von der Höhe der auf dem Tisch liegenden Leiter­ platte 2 abhängig.

Der Kolben 13 kann beispielsweise auch zur Prüfung der Unversehrtheit oder der Länge von durch die Spannzange 17 gehaltenen Bohrern verwendet werden. Hierzu befindet sich in einer Aussparung des Tisches 1 eine nicht gezeigte Prüfvorrichtung, die beispielsweise lichtelektrisch arbeitet. Wenn die Spannzange 17 einen zu prüfenden Bohrer aufnimmt und der Kolben 13 in eine definierte Stellung in bezug auf die Spindelhalterung 5 gebracht wird, wird diese anschließend herunter­ gefahren, bis die Spitze des eingespannten Bohrers in die Prüfvorrichtung hineinragt. An der Meß­ einrichtung 7 kann dann die genaue Länge des Bohrers festgestellt werden. Es sind auf diese Weise der Grad der Abnutzung oder auch ein Bruch des Bohrers erkennbar.

In entsprechender Weise kann auch der genaue Durchmesser bereits in einer Leiterplatte vor­ handener Bohrungen festgestellt werden. In die Spannzange 17 wird ein nicht konisch nach unten verjüngender Stift eingesetzt. Der in einer definierten Höhenstellung in bezug auf die Spindelhalterung 5 befindliche Kolben 13 wird über der zu messenden Bohrung positioniert und dann über die Spindelhalterung 5 herunterge­ fahren. Da die Eindringtiefe des konischen Stiftes in der Bohrung von deren Durchmesser abhängig ist, ist die Anzeige der Meßeinrichtung 7 bei Erreichen der tiefsten Stellung des Stiftes ein direktes Maß für den Durchmesser der Bohrung.

Der mit der Bohrspindel verbundene, unabhängig von dieser bewegbare Manipulator kann somit mehrere unterschiedliche Funktionen ausüben, die sich im wesentlichen aus der Art der je­ weiligen Bearbeitung eines Werkstücks ergeben. Er ist somit vielseitig einsetzbar zur Durch­ führung von mit der Bearbeitung verbundenen Hilfsoperationen.

Claims (13)

1. Vorrichtung mit mindestens einem Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken, wobei das Werkzeug in einer drehbaren, relativ zum zu bearbeitenden Werkstück bewegbaren Spindel lösbar befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung von Hilfsoperationen an der Spindel (3) ein Manipulator be­ festigt ist, der einen relativ zur Spindel (3) und zum zu bearbeitenden Werkstück (2) verschiebbaren Kolben (13) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (13) des Manipulators einen vom Antrieb der Spindel (3) unabhängigen Antrieb besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) des Manipulators eine Spannvorrichtung (17) zur lösbaren Halterung eines Werkzeugs trägt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) einen pneumatischen, gegen eine Feder (14) wirkenden Antrieb besitzt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeug­ magazin zur Aufnahme einer größeren Anzahl von Werkzeugen und eine Werkzeug-Wechselstation für die Aufnahme von einem oder zwei Werkzeugen vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Werkzeugmagazin in Einschub­ richtung der Werkzeuge nicht gefederte Haltevorrichtungen und die Werkzeug-Wechsel­ station entsprechend gefederte Haltevor­ richtungen (23) für die Aufnahme der Werkzeuge besitzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeug-Wechselstation unter die Oberfläche der Unterlage (1) für das Werkstück (2) versenkbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Werkzeug-Wechselstation durch den Kolben (13) des Manipulators aus der versenkten Stellung herausziehbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Überführen der Werkzeug- Wechselstation in die versenkte Stellung mittels einer Feder (24) erfolgt und durch den Kolben (13) des Manipulators auslösbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (3) am das Werkzeug (8) haltenden Ende einen Werkstück-Niederhalter (10) trägt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) des Manipulators eine Markierung (20) trägt und ein mit der Spindel (3) fest verbundener Schalter (21) vorgesehen ist, der zu Ermittlung der Höhe einer Oberfläche des Werkstücks (2) mit der Markierung (20) zusammenwirkt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Prüfung der Unversehrtheit oder der Größe der im Kolben (13) des Manipulators einge­ spannten Werkzeuge vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Werkstück (2) zugewandte Ende des Kolbens (13) konus­ förmig ausgebildet ist oder einen konusförmig ausgebildeten Einsatz trägt zur Ermittlung der Durchmesser von im Werkstück (2) be­ findlicher Bohrungen.