DE3706122A1 - Verfahren und anlage zur handhabung von werkstuecken und zu deren bearbeitung benoetigten werkzeugen an werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Handhabung von Werkstücken und zu deren Bearbeitung benötigten Werkzeugen an Werkzeugmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1 sowie eine Anlage zur Durchführung des Ver­ fahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 7.

Bei der Metallbearbeitung ist es bekannt, die zu bear­ beitenden Werkstücke mittels einer Transferstraße zunächst der ersten einer Anzahl hintereinander aufgestellter, eine Produktionslinie bildender Werkzeugmaschinen zuzuführen und die Bearbeitungsgänge an den nachfolgenden Werkzeug­ maschinen der Reihe nach durchlaufen zu lassen. Diese Methode bedingt die Zuordnung je eines Pufferspeichers zu jeder Werkzeugmaschine, die mit geeigneten Vorrichtungen zum Transport unbearbeiteter Werkstücke von einem ständig fortschreitenden Fördermittel über den Pufferspeicher zur Werkzeugmaschine und zum Rücktransport der Werkstücke auf das Fördermittel nach jedem vollzogenen Bearbeitungsgang ausgerüstet sein müssen.

Dieser komplexen Anlage mangelt es damit an Flexibilität hinsichtlich eines frei wählbaren Bearbeitungsprogrammes mit beliebiger zeitlicher Reihenfolge der einzelnen Ope­ rationen. Mit anderen Worten ist durch Anordnung der Werkzeugmaschinen auch das Bearbeitungsprogramm festgelegt und jede gewünschte Programmänderung würde eine aufwendige Umstellung der Produktionslinie erfordern. Auch Höhen­ unterschiede zwischen den einzelnen Werkzeugmaschinen können den Aufbau der Anlage schwierig gestalten. Das Errichten eines eigentlichen Vorratslagers ist im Bereich der Produktionslinie nicht möglich. Wegen der Gefahr einer Staubildung muß das Fördermittel mit einer im Hinblick auf die individuelle Bearbeitungszeit an den einzelnen Werk­ zeugmaschinen optimierten Vorschubgeschwindigkeit bewegt werden, so daß sowohl zeitaufwendige als auch sehr schnell ablaufende Bearbeitungsprozesse Schwierigkeiten bereiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren und die Anlage der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß Änderungen im Bearbeitungsprogramm ohne Umstellung der Produktionslinie ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 und hinsichtlich der Anlage durch die Merkmale des Kenn­ zeichenteiles des Anspruches 7 gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltung und Weiterbildung der Erfindung sind den Unter­ ansprüchen 2 bis 6 und 8 bis 15 zu entnehmen.

Durch Zusammenlegen von Produktions- und Lagerstätte läßt sich eine bedeutende Vereinfachung der Logistik für den Herstellungsprozeß und somit auch eine Beschleunigung und Verbilligung der Bearbeitung von Werkstücken erreichen. Bei bester Übersicht über die eingelagerten Werkstücke und Werkzeuge sowie praktisch sofortiger Verfügbarkeit der­ selben kann ohne Änderung des Standortes der Werkzeugma­ schinen eine im wesentlichen beliebige Variabilität des Bearbeitungsprogrammes sichergestellt werden.

Folgend aus dieser Auslegung werden Pufferspeicher und individuelle Handhabungsvorrichtungen an den einzelnen Werkzeugmaschinen nicht mehr benötigt und auch die Höhen­ differenzen zwischen letzteren ist belanglos. Es können auch in der Linienführung der mit dem Vorratslager ausge­ statteten Anlage problemlos Richtungsänderungen - ent­ sprechend etwa den örtlichen Gegebenheiten - vorgenommen werden.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Grundriß einer Anlage gemäß der Erfindung;

Fig. 2 Vorderansicht eines Querschnittes durch die Anlage nach der Fig. 1 in einer dort ange­ deuteten Schnittebene A-A;

Fig. 3 schematisch eine erste Art der Arbeitsweise der Anlage nach den Fig. 1 und 2 mit zwei ge­ trennten Bewegungsabläufen ("Zweitakttausch") und

Fig. 4 das Bewegungsschema bei einer zweiten Art der Wirkungsweise der Anlage gemäß den Fig. 1 und 2 mit einer einzigen Folge von Bewegungsschrit­ ten ("Tandemtausch").

Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch die erfindungs­ gemäßen Anlage zur Handhabung von Werkstücken WS und zu deren Bearbeitung benötigten Werkzeugen WZ, mit zwei parallelen Produktionsstraßen oder Produktionslinien 1, 2, die je aus einer Anzahl hintereinander positionierter Werkzeugmaschinen 1.1 bis 1.4 und 2.1 bis 2.3 zur Durch­ führung jeweils einer in einem Programm vorgegebenen Folge von Bearbeitungsgängen bestehen. Die Linienführung der beiden je eine Produktionslinie 1, 2 bildenden Reihen von Werkzeugmaschinen erfährt entsprechend den Platzverhält­ nissen in der Werkhalle eine Richtungsänderung um 90 Grad nach rechts (vgl. Fig. 1). Zwischen den beiden Produktions­ linien 1, 2 und parallel zu denselben ist ein Vorratslager 3 in Form eines massiven Warengestells 3.1 mit einer Anzahl von Fächern 3.2 angeodnet. Auf den Fächern 3.2 befindet sich eine Vielzahl zu bearbeitender Werkstücke WS und zu deren Bearbeitung geeigneter, in die Werkzeugma­ schinen 1.1 bis 1.4 und 2.1 bis 2.3 einsetzbarer Werkzeuge WZ. Werkstücke WS und Werkzeuge WZ können zu einer ein­ fachen und schnellen Handhabung jeweils auf einer Palette P aufgespannt sein, wobei zur Sicherstellung einer genauen Bearbeitbarkeit der Werkstücke WS deren Positionierung auf der Palette P in bezug auf eine in der ganzen Produktions­ linie gleichbleibende Referenz erfolgt. Vorteilhaft wird das für den nächsten Bearbeitungsgang erforderliche Werkzeug WZ zusammen mit dem betreffenden Werkstück WS auf derselben Palette P befestigt. Es wird zweckmäßigerweise auf derselben Palette ferner auch ein elektronischer Informationsspeicher für die Bearbeitung des vorliegenden Werkstückes WS angebracht. Zum Zwecke ihrer Handhabung sind die Paletten P an ihren Schmalseiten mit Tragbolzen B für die Greiforgane nachfolgend zu beschreibender Förder­ einrichtungen versehen.

Es wäre beispielsweise wegen der Platzverhältnisse eine Unterteilung des Vorratslagers 3 quer zur Längsstreckung der Produktionslinie 1, 2 in individuell bedienbare Lagersektionen denkbr. In diesem Falle sollte zu einer abwechslungsweise durchführbaren Bedienung jeweils zweier sich längs eines Querganges gegenüberliegender Lagersek­ tionen in jedem Quergang eine weitere Fördereinrichtung 4 vorgesehen werden.

An beiden Längsseiten des Vorratslagers, die den Produk­ tionslinien 1 und 2 zugewandt sind und die daher als "Andienungsseiten" angesehen werden, ist jeweils eine Fördereinrichtung vorgesehen. Beide Fördereinrichtungen sind an Schienen 4.1 und 4.2 geführt und längs diesen Schienen in Richtung des Doppelpfeils x der Fig. 1 bewegbar. Die Schienen 4.1 können dabei an der Decke bzw. Oberseite des Vorratslagers 3 angebracht sein, während die Schienen 4.2 an den Seitenflächen bzw. Seitenwänden des Vorratslagers angebracht sind. Die Fördereinrichtungen 4 laufen mit nicht dargestellten Rollen oder sonstigen Trag- und Leitvorrichtung längs diesen Schienen 4.1 und 4.2.

Jede der Fördereinrichtungen 4 weist je einen senkrecht verfahrbaren Schlitten 4.3 (vgl. auch Doppelpfeil z in Fig. 2) mit je zwei seitlich zur jeweiligen Produktions­ linie 1, 2 ausladenden Konsolen 4.4 auf. Auf den letzteren verfahrbar angeordnet ist jeweils eine Laufkatzes 4.5 (vgl. Doppelpfeil y in der Fig. 2). An den Laufkatzen 4.5 ist mittels jeweils eines Tragarms 4.6 je eine Doppelgreif­ zange 4.7 mit zwei Greifarmen 4.8 je Seite aufgehängt. Die Doppelgreifzangen 4.7 sind, wie durch die beiden Ring­ pfeile s in der Fig. 2 angedeutet, um 360 Grad um die Achse ihrer Tragarme 4.6 drehbar.

Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Arbeitsweisen der Erfindung, wobei zur besseren Übersicht lediglich die Arbeitsschritte an der rechtsseitigen Hälfte der Anlage dargestellt sind. Die Arbeitsweise an der linksseitigen Anlagenhälfte ist - mit Ausnahme unterschiedlicher Vor­ zeichen für die Bewegungsrichtung Y der der rechten Anlagenhälfte gleich.

Zunächst wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Die Doppel­ greifzange 4.7 auf der rechten Seite des Vorratslagers 3 befindet sich in der Abbildung a der Fig. 3 in der Bereitschaftsstellung. Um das in der Werkzeugmaschine 2.2 eingespannte Werkstück WS (unschraffiertes Rechteck in Fig. 3) gegen ein noch zu bearbeitendes Werkstück WS (schwarz ausgefülltes Rechteck in Fig. 3) aus dem Vor­ ratslager 3 auszutauschen, werden zwei zwei getrennte Folgen von Bewegungsschriften ausgeführt. In einer ersten Folge dieses sogenannten "Zweitaktaustausches", der neun Bewegungsschritte gemäß den Abbildungen a bis d der Fig. 3 umfaßt, wird das bereits bearbeitete Werkstück WS zunächst der Werkzeugmaschine 2.2 entnommen und in das Vorratslager 3 übergeführt, wie mittels der Pfeile I bis IX in den erwähnten Abbildungen dargestellt ist.

Im Schritt I wird die Doppelgreifzange 4.7 in Z-Richtung bis auf die Höhe des auf der Maschine 2.2 eingespannten Werkstückes bewegt. In Schritt II wird sie in Y-Richtung zur Maschine hingefahren und ergreift das Werkstück bzw. dessen Palette. Im Schritt III fährt die Doppelgreifzange nach oben und im Schritt IV in Y-Richtung in eine Mittel­ stellung. In Schritt V wird die Doppelgreifzange um 180 Grad gedreht. In Schritt VI fährt sie nach oben (in Z-Richtung) bis auf Höhe eines freien Faches des Lagers 3, in welches das bearbeitete Werkstück abgelegt werden soll. In Schritt VII fährt die Doppelgreifzange in dieses Fach hinein. In Schritt VIII wird sie soweit abgesenkt, daß das Werkstück bzw. die Palette auf dem Fachboden abgelegt werden können. In Schritt IX fährt die Arbeitszange aus dem Regal heraus (Y-Richtung) bis in eine Stellung, an der sie frei Z-Richtung verfahren werden kann. Damit ist der erste Arbeitsakt beendet.

Unmittelbar an den neunten Bewegungsschritt (Pfeil IX) der ersten Folge schließt die zweite Folge an, in der ein neues noch unbearbeitetes Werkstück dem Regal entnommen und in die Maschine eingespannt wird, wie aus den Pfeilen X bis XVII in den Abb. 3e bis 3h gezeigt.

In Schritt X fährt die Doppelgreifzange in Z-Richtung in die richtige Regalebene für das neue Werkstück. In Schritt XI fährt sie in Y-Richtung in das Regal hinein. In Schritt XII hebt sie das neue Werkstück vom entsprechenden Regal­ boden etwas ab (Z-Richtung). In Schritt XIII fährt sie in Y-Richtung aus dem Regal heraus. In Schritt XIV wird sie auf die Ebene der Werkzeugmaschine abgesenkt. In Schritt XV wird sie um 180 Grad gedreht, so daß das Ende der Doppelgreifzange, die das neue Werkstück trägt, zur Maschine hin weist. In Schritt XVI fährt die Doppel­ greifzange in Y-Richtung in die Maschine hinein. In Schritt XVII wird das Werkstück auf der Arbeitsfläche der Maschine abgelegt (Absenken Z-Richtung). In Schritt XVIII fährt die Doppelgreifzange aus der Maschine heraus, bis in eine Mittelstellung, in der sie zwischen Regal und Ma­ schine wieder frei verfahrbar ist, worauf sie in Schritt XIX nach oben (Z-Richtung) in eine neutrale Stellung bzw. eine Bereitsschaftstellung gefahren wird. Damit ist der Austausch beendet.

Aus dieser Beschreibung ist klar, daß einige dieser Schritte untereinander auch vertauscht werden können. Beispielsweise kann das Drehen des Schrittes V mit Schritt VI vertauscht werden oder auch das Drehen des Schrittes XV mit dem Absenken des Schrittes XIV.

In Fig. 4 ist eine andere Arbeitsweise, sogenannter "Tandemtausch" beschrieben, der mit weniger Arbeits­ schritten durchgeführt werden kann und daher schneller ist. Dieser Austausch erfolgt gemäß den Abbildungen a bis j der Fig. 4 in einer einzigen Folge von Bewegungsschrit­ ten. Hier kommt der Vorteil der Doppelgreifzange zum Tragen, daß sie gleichzeitig zwei Werkstücke oder Paletten halten kann. Im einzelnen holt die Doppelgreifzange 4.7 mit ihren in Fig. 4 linksseitig gezeigten Greifarmen 4.8 ein unbearbeitetes Werkstück aus dem Vorratslager 3 und fährt damit zur Werkzeugmaschine 2.2 (vgl. Pfeile I bis V in den Fig. 4a bis 4e). Mit ihrer anderen Seite holt dann die Doppelgreifzange 4.7 das fertig bearbeitete Werkstück WS aus der Werkzeugmaschine 2.2 (Pfeile VI und VII in Fig. 4e) und führt dann einen Umtausch der beiden Werkstücke durch Drehen der Doppelgreifzange 4.7 um 180 Grad (Ringpfeil VIII) in Fig. 4f) durch. In dieser Phase trägt die Doppelgreifzange also gleichzeitig das neu zu bearbeitende Werkstück und das bereits fertig bearbeitete Werkstück. Nach Ablegen des neu zu bearbeitenden Werk­ stückes WS in der Werkzeugmaschine 2.2 wird dann das fertig bearbeitete, entnommene Werkstück im Vorratslager 3 abgelegt (Pfeile XIX bis XIII der Fig. 4d und 4h). Anschließend fährt die Doppelgreifzange wiederum in ihre Bereitschaftsstellung (Pfeile XIII und XIV in Fig. 4i und 4j).

Die Bewegungsschritte sämtlicher Handhabungsvorrichtungen der Anlage erfolgen jeweils nach einem vorgegebenen Bearbeitungsprogramm. Die Anlage gemäß der Erfindung ermöglicht ein direktes Anfahren jeder Werkzeugmaschine 1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3 der Produktionslinien 1, 2 und jedes der Fächer 3.2 des Vorratslagers 3 auf dem kürzesten Wege praktisch nach jedem beliebigen Bearbeitungsprogramm. Bei Programmänderungen ist keine Änderung der Auslegung der Anlage notwendig.

Obwohl in Fig. 3 und 4 nicht ausdrücklich erwähnt, kann je nach Erfordernissen natürlich auch eine Bewegung in X-Richtung durchgeführt werden. So kann beispielsweise die Ablage eines von der Maschine 2.1 (Fig. 1) fertig bearbei­ teten Werkstückes in den der nächsten Maschine in der Bearbeitungsablauffolge (z. B. Maschine 2.2) unmittelbar gegenüberliegenden Teil des Lagers 3 erfolgen. Natürlich können auch einzelne Maschinen übersprungen werden. Die Förderung kann also auch von der Maschine 2.1 zur Maschine 2.3 usw. erfolgen. Umgekehrt kann natürlich auch ein von einer Maschine (z. B. 2.1) bearbeitetes Werkstück in dem unmittelbaren dieser Maschine gegenüberliegenden Teil des Regales 3 abgelegt werden und für eine spätere Bearbeitung in einer der folgenden Maschinen (z. B. 2.3) von dort abgeholt und zur Maschine 2.3 transportiert werden.

Claims (15)

1. Verfahren zur Handhabung von Werkstücken und zu deren Bearbeitung benötigten Werkzeugen an Werkzeugma­ schinen, insbesondere spanabhebenden Werkzeugma­ schinen wie beispielsweise Bohr-, Fräs-, Schleif- oder Elektroerodiermaschinen, bei dem die Werkstücke und die Werkzeuge mittels einer Fördereinrichtung jeweils von einer Aufgabe- oder einer Sammelstelle aus zeitlich aufeinanderfolgenden Bearbeitungsgängen zugeführt und die fertig bearbeiteten Werkstücke samt den Werkzeugen aus der Bearbeitungszone entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke für die Bearbeitung in einem sich parallel zur Bearbeitungszone erstreckenden Vorratsbereich bereit­ gehalten werden, an dessen der Bearbeitungszone zuge­ wandten Seite die Entnahme unbearbeiteter und die Zu­ führung bearbeiteter Werkstücke durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden je einer Bearbeitungszone zuge­ wandten Längsseiten des Vorratsbereiches Werkstück­ entnahme und Werkstückzufuhr durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Werkstückentnahmen und die Werk­ stückzufuhr an rechtwinklig zur Bearbeitungszone verlaufenden Querseiten von gegeneinander getrennten Sektionen eines unterteilten Vorratsbereiches abge­ wickelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bearbeitung der Werk­ stücke erforderlichen Werkzeuge ebenfalls im Vor­ ratsbereich gelagert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch eines in einer Werkzeugmaschine befindlichen Werkstücks gegen ein unbearbeitetes Werkstück aus dem Vorratsbereich jeweils nach einem beendeten Bearbeitungsgang in zwei getrennten Bewegungsabläufen vollzogen wird, bei denen in einer ersten Folge von Bewegungsschritten zunächst das bereits bearbeitete Werkstück der Werkzeugmaschine entnommen und in den Vorratsbereich übergeführt und anschließend ein unbearbeitetes Werkstück aus dem Vorratsbereich der Werkzeugmaschine zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch eines bearbeiteten Werkstückes gegen ein unbearbeitetes Werkstück in einer einzigen Folge von Bewegungsschritten erfolgt, dergestalt, daß in einer Zwischenphase des Austausch­ vorganges sowohl das unbearbeitete Werkstück aus dem Vorratsbereich entnommen als auch das bearbeitete Werkstück von der Werkzeugmaschine entnommen sind.

7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der Werkstücke (WS) und/oder Werkzeuge (WZ) durch Fördermittel entsprechend einem vorgegebenen Bearbeitungsablauf von einem Vorrats­ lager (3) einer Anzahl Werkzeugmaschinen (1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3) in der Weise zugeführt werden, daß jedes Werkstück die vorgegebenen Bearbeitungsgänge durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrats­ lager (3) parallel zu den längs einer Produktions­ linie (1, 2) hintereinander aufgestellten Werkzeug­ maschinen (1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3) angeordnet ist, wobei mindestens der den Werkzeugmaschinen (1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3) zugewandten Längsseiten des Vorrats­ lagers (3) als der Andienungsseite desselben eine Fördereinrichtung (4) zugeordnet ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (4) mindestens vier Freiheits­ grade (x, y, z, s) aufweist.

9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Andienungsseite des Vorratslagers (3) mehrere Fördereinrichtungen (4) angeordnet sind.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeich­ net durch eine Unterteilung des Vorratslagers (3) quer zur Längserstreckung der Produktionslinie (1, 2) in individuell bedienbare Lagersektionen, wobei zu einer abwechslungsweise durchführbare Bedienung jeweils zweier sich längs eines Querganges gegenüber­ liegenden Lagersektionen in jedem Quergang eine eigene Fördereinrichtung (4.3) angeordnet ist.

11. Anlage nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Vorratslager (3) sich zwischen zwei je eine Produktionslinie (1, 2) bildenden Reihen von Werkzeugmaschinen (1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3) er­ streckend angelegt und auf seinen beiden Längsseiten mindestens je mit einer Fördereinrichtung (4.3) ausgerüstet ist.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekenn­ zeichnet durch eine Palette (P) als Handhabungs­ unterlage für die Werkstücke (WS) und/oder Werkzeuge (WZ) bei deren Einspeicherung in das Vorratslager (3), deren Beförderung zwischen Vorratslager (3) und Werkzeugmaschinen (1.1 bis 1.4, 2.1 bis 2.3) sowie deren genauer Positionierung in den letzteren.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Palette (P) an ihren Schmalseiten Tragbolzen (B) für die Greiforgane (4.8) der Fördereinrichtung (4) aufweist.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Palette (P) mit einem elek­ tronischen Speicher von Informationen für die Bear­ beitung des jeweils darauf aufgespannten Werkstücks (WS) ausrüstbar ist.

15. Anlage nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der Palette (P) zugleich auch das zur Durchführung der gespeicherten Bearbeitungsinfor­ mationen erforderliche Werkzeug (WZ) aufgespannt ist.