DE3738619A1 - Entgratvorrichtung fuer einen industrieroboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entgratvorrichtung für einen Industrieroboter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 34 32 773 als bekannt her­ vorgeht.

Mit der bekannten Entgratvorrichtung lassen sich zwar Werk­ stücke mittels eines Industrieroboters unter bestimmten werkstückseitigen Voraussetzungen mit relativ geringem Zeit­ aufwand entgraten. Die genannten werkstückseitigen Voraus­ setzungen für einen rationellen Arbeitseinsatz der bekannten Entgratvorrichtung sind jedoch nicht immer gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Entgratvorrich­ tung dahingehend weiter zu entwickeln, daß alle Werkstücke damit rationell entgratet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank der Verschwenkbarkeit des Entgratfräsers und seines Antriebsmotores unter Beibe­ haltung der räumlichen Lage des Arbeitspunktes und des Ent­ gratfräsers und der Endglied-Drehachse des Roboterarmes können auch kompliziert liegende Kanten an Werkstücken rasch entgratet werden, ohne daß der Roboterarm umständliche Aus­ weichbewegungen machen muß und ohne daß die Gefahr einer Kollision des Entgratfräsers mit Oberflächenpartien des Werkstückes besteht. Dank der Verschiebbarkeit des den Fräserantrieb mittelbar halternden Schlittens entlang einer mechanisch vorgegebenen Gleitführung und aufgrund einer Verklemmung des Schlittens nach einer Verschiebung wird eine stabile Halterung des Entgratfräsers in der Ar­ beitslage gewährleistet, was für ein ratterfreies Arbeiten des Entgratfräsers insbesondere dann wichtig ist, wenn die Werkstückkanten etwas stärker gebrochen und/oder wenn här­ tere Werkstoffe entgratet werden sollen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unter­ ansprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs­ beispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Entgratvorrichtung bei Normalstellung des Entgratfräsers und seines Antriebsmotores,

Fig. 2 und 3 eine gleichartige Darstellung der Entgratvor­ richtung bei steilerer (Fig. 2) bzw. flacherer Fräserstellung (Fig. 3),

Fig. 4 eine ausschnittsweise Darstellung des Schlitten­ antriebes und seiner baulich integrierten Klemmung - dargestellt in abgewickelter Streck­ lage und

Fig. 5 eine Darstellung der Umschaltbarkeit der seit­ lichen Ausweichmöglichkeit des Entgratfräsers.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Entgratvorrichtung 1 ist am Endglied 2 eines Arbeitsarmes eines Industrierobo­ ters befestigt, welcher jedoch nicht dargestellt ist. Das Endglied 2 ist um eine Endglied-Drehachse 3 drehbar; die Endglied- Drehachse 3 steht senkrecht auf der von der Gratkontur begrenzten Fläche des Werkstückes 8. Innerhalb der Entgratvorrichtung 1 ist eine Haltega­ bel 12 angebracht, die den Antriebsmotor 6 für den Entgrat­ fräser 4 haltert. Der Entgratfräser ist mittels eines Fräser­ schaftes in eine Spannzange festklemmbar. Die Fräserachse 5 des Entgratfräsers 4 verläuft koaxial innerhalb des An­ triebsmotors 6. Die Halterung des Antriebsmotors 6 und des Entgratfräsers 4 mittels der Haltegabel 12 ist derart ge­ staltet, daß der Arbeitspunkt 7 des Entgratfräsers 4 auf der Endglied-Drehachse 3 liegt.

Beim Entgraten wird der Fräser in Vorschubrichtung 9 an der zu entgratenden Kante des Werkstückes 8 entlang geführt. Die Vorschubrichtung 9 steht senkrecht zu der durch die End­ glied-Drehachse 3 und die Fräserachse 5 bestimmten Ebene. Da­ mit der Fräser bei unerwarteten Konturverläufen der zu ent­ gratenden Werkstückkante ausweichen kann, ist der Antriebs­ motor und der Entgratfräser elastisch nachgiebig gehaltert. Der Entgratfräser kann unter definiertem Widerstand bei un­ erwarteten Überhöhungen der zu entgratenden Werkstückkontur ausweichen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies dadurch realisiert, daß der Antriebsmotor 6 um eine sowohl quer zur Endglied-Drehachse 3 als auch quer zur Fräserachse 5 liegende Schwenkachse 17 schwenkbar gelagert ist; die Schwenk­ achse 17 schneidet die Fräserachse 5 an einer Stelle, die vom Ar­ beitspunkt 7 des Entgratfräsers 4 wenigstens etwa um das 10-fache des Fräserdurchmessers entfernt ist. Durch einen Kraftspeicher wird - bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Anwen­ dungsbeispielen mit links vom Fräser angeordneten Werkstück 8 - der Antriebsmotor 6 im Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 17 verspannt, so daß der Entgratfräser 4 mit definierter Kraft an der zu entgratenden Werkstückkante anliegt. Bei vom Werkstück 8 abgehobenem Entgratfräser 4 liegt der Arbeits­ punkt 7 im Innern des Entgratfräsers; durch das Anlegen des Entgratfräsers 4 an die Werkstückkante weicht der Entgrat­ fräser bereits um das entsprechende Maß aus, so daß der Arbeitspunkt 7 mit der Werkstückkante zusammenfällt.

Bei exponiert liegenden Werkstückkanten wird der Neigungs­ winkel α beim Entgraten der Werkstückkontur zweckmäßiger­ weise etwa 45° betragen; der Neigungswinkel α ist definiert als der Winkel zwischen der Fräserachse 5 und der Endglied- Drehachse 3. In den Fig. 2 und 3 sind jedoch Anwendungs­ fälle gezeigt, bei denen die zu entgratende Werkstückkante nicht exponiert liegt. Um bei herkömmlichen Entgratvorrich­ tungen auch diese Kanten erreichen zu können, müßte der Ro­ boterarm als Ganzes derart verschwenkt werden, daß die Re­ lativlage zwischen Werkstück 8 und Antriebsmotor 6 bzw. Ent­ gratfräser 4 der dargestellten Lage entspricht. Für eine solche Verschwenkung des Roboterarmes als Ganzem vergeht jedoch relativ viel Zeit. Und zwar sind derartige nahezu versenkt liegenden Werkstückkanten in der Regel in großer Zahl an praktischen Werkstücken vorhanden, so daß derarti­ ge Umorientierungen des Entgratfräsers mittels des gesam­ ten Roboterarmes relativ häufig vorkommen würden. Dadurch wird nicht nur der Ablaufbetrieb eines Entgratvorganges zeit­ lich sehr belastet, sondern auch der zuvor zu absolvierende Programmierbetrieb; das gesamte Programmieren wird wesent­ lich komplizierter.

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, d. h., um sowohl den Programmieraufwand als auch den späteren Ablaufbetrieb beim Entgraten möglichst rasch und rationell ablaufen lassen zu können, ist erfindungsgemäß der Neigungswinkel des Ent­ gratfräsers innerhalb der Entgratvorrichtung, also bei la­ gegleicher Endglied-Drehachse 3 veränderbar, wobei auch die Lage des Arbeitspunktes 7 trotz einer Veränderung des Nei­ gungswinkels α erhalten bleibt. Erfindungsgemäß ist dies dadurch realisiert, daß innerhalb der Entgratvorrichtung 1 eine zum Arbeitspunkt 7 des Entgratfräsers 4 konzentrische kreisbogenförmige Führung 10 vorgesehen ist, entlang der die mit einem entsprechenden Schlitten 11 versehene Halte­ gabel 12 des Antriebsmotors verschiebbar ist. Die Führung 10 liegt parallel zu der durch die Endglied-Drehachse 3 und die Fräser­ achse 5 bestimmten Ebene. Außerdem ist der Schlitten 11 mit einem an­ steuerbaren Verstellantrieb 13 und mit einer fernsteuerbaren Klemmung zur Ausschaltung eines Führungsspieles versehen. Dadurch kann der Nei­ gungswinkel relativ rasch verändert werden; entsprechende Steuerungs­ programme lassen sich auch relativ einfach erstellen. Die Verstell­ führung für die Neigungsveränderung ist baulich einfach und sehr sta­ bil, so daß ein ratterfreies Arbeiten gewährleistet werden kann.

Der Verstellantrieb 13 und die fernsteuerbare Klemmung des Schlittens 11 sind baulich integriert bzw. funktionell ver­ schmolzen. Und zwar ist zu diesem Zweck entlang der kreis­ bogenförmigen Führung 10 eine gleichmäßig geteilte Reihe spitzer Zähne 14 mit gegenseitigem Teilungsabstand T ange­ bracht, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Innenseite der kreisbogenförmigen Führung 10 angebracht sind. Es müssen nicht nur die Zähne 14 selber spitz ausgebildet sein, sondern es müssen sich auch die von ihnen eingeschlos­ senen Zahnlücken zum Zahnfuß hin verjüngen. Beim dargestell­ ten Ausführungsbeispiel sind im Querschnitt dreieck­ förmige Zähne 14 angebracht; denkbar wären auch andere Zahn­ formen mit konvexen oder konkaven Zahnflanken. Unschädlich wäre auch eine gewisse Spitzenverrundung der Zähne bzw. eine Zahngrundausrundung. Um den Verstellantrieb 13 und die fernsteuerbare Schlittenklemmung baulich zu integrieren, ist ferner am Schlitten 11 in Gegenüberstellung zur Zahn­ reihe eine Reihe von Arbeitskolben 15 angebracht; und zwar sind bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb der Kolbenreihe vier Arbeitskolben 15 vorgesehen. Es müssen zumindest drei Arbeitskolben innerhalb der Kolben­ reihe vorhanden sein. Die einzelnen Arbeitskolben sind je­ weils für sich einzeln beaufschlagbar und mit einem gesteuer­ ten oder mit einem selbsttätigen Kolbenrücklauf versehen. Der Teilungsabstand t der Kolbenreihe ist kleiner als der Teilungsabstand T der Zahnreihe. Beim dargestellten Aus­ führungsbeispiel mit vier Arbeitskolben 15 ist der Teilungs­ abstand t der Kolbenreihe um den Faktor 3/4 kleiner der Tei­ lungsabstand T der Zahnreihe. Jeder der Arbeitskolben 15 trägt ein in die Zahnlücken einsenkbares Druckstück 16, welches zweckmäßigerweise als eine kleine Rolle ausgebil­ det ist. Durch das Einsenken eines Druckstückes 16 in eine Zahnlücke kommt es zu einer spielbeseitigenden stabilen Ver­ klemmung des Schlittens 11 auf der Führung 10. Soll nun der Schlitten 11 entlang der Führung 10 verschoben werden, so werden nacheinander benachbarte Arbeitskolben 15 aus der Kolbenreihe beaufschlagt, wobei jedesmal der Schlitten um jeweils ein Viertel der Zahnteilung T - entsprechend einer Vierfachanordnung von Arbeitskolben 15 - weiterbewegt wird. Zwar kann damit nicht eine stufenlose, sondern lediglich eine gestufte Verschiebung des Schlittens auf der Führung 10 realisiert werden, jedoch kann selbst bei relativ grober Zahnteilung T eine relativ feine Stufung der Verstellung realisiert werden. Bei einem praktischen Ausführungsbei­ spiel bei der Anmelderin betrug die Zahnhöhe etwa 18 mm und die Zähne hatten einen Querschnitt etwa eines gleichseitigen Dreieckes. Trotz dieser relativ groben Zahnteilung lassen sich mit drei Arbeitskolben Schaltschritte von etwa 6 mm realisieren, was bei einem Krümmungsradius der Führung von annähernd 250 mm etwa 3°- Schritten entspricht. Dies ist für den vorliegenden Anwen­ dungsfall eine völlig ausreichende Schrittunterteilung, die ge­ gebenenfalls jedoch ohne weiteres noch verfeinert werden könnte durch feinere Unterteilung der Zahnteilung T und der Teilung t der Kolbenreihe und durch eine Vergrößerung der Anzahl der Arbeitskolben 15 beispielsweise auf fünf oder sechs Arbeitskolben. Bei einer Zahnteilung von etwa 15 mm und einer 5-fach Anordnung von Arbeitskolben läßt sich der Schlitten 11 mit 3 mm-Schritten weit bewegen, was auf die kreisbogenförmi­ ge Führung 10 mit etwa 250 mm-Radius bezogen einer Winkel­ änderung von 1,5°-Schritten entspricht. Allgemein gesprochen muß der Teilungsabstand t der Kolbenreihe um den Faktor (n-1)/n kleiner sein als der Teilungsabstand T der Zahn­ reihe, wobei n die Anzahl der Arbeitskolben innerhalb der Kolbenreihe angibt. Die mit einem derartigen Antrieb rea­ lisierbare Schrittfolge entspricht T/n.

Außer einer baulichen Integrierung des Verstellantriebes 13 mit einer Schlittenklemmung hat der in Fig. 4 darge­ stellte Verstellantrieb auch noch den Vorteil, daß diese An­ triebsart mit einzelnen ansteuerbaren Arbeitskolben sich steuerungstechnisch und im Hinblick auf die Energieversor­ gung besonders einfach realisieren läßt.

Um den Schlitten 11 um einen größeren Verschiebeweg von mehr als einer Zahnteilung zu verschieben, müssen die einzelnen Arbeitskolben 15 des Verstellantriebes zyklisch nacheinander in mehreren Zyklen ausgefahren werden. Und zwar müssen so­ viele Zyklen durchlaufen werden, als Zähne passiert werden sollen. Um einen selbsttätigen Ablauf dieser Zyklen auch bei Schwergängigkeit des Schlittens und/oder der einzelnen Arbeitskolben 15 zu begünstigen, ist jeder einzelne Arbeits­ kolben 15 mit einer Endlagen-Kontrolleinrichtung versehen, die erst bei Ansprechen mittelbar eine Beaufschlagung des nächstfolgenden Arbeitskolbens freigibt. Dadurch wird sicher­ gestellt, daß der nächstfolgende Arbeitskolben erst dann beaufschlagt werden kann, wenn der vorausgegangene Kolben tatsächlich seine Endlage erreicht hat.

Über die Nachgiebigkeit des Entgratfräsers 4 quer zu sei­ ner Fräserachse 5 wurde bereits weiter oben im Zusammenhang mit der Schwenkachse 17 gesprochen. Um Werkstückkanten, die links vom Entgratfräser 4 liegen, mit der geschilder­ ten Nachgiebigkeit erreichen zu können, wird der Antriebs­ motor 6 im Uhrzeigersinn um die Schwenkachse 17 verspannt. Häufig ist es jedoch wünschenswert, daß nicht nur links vom Entgratfräser 4 liegende Werkstückkanten entgratet werden können; die links vom Entgratfräser 4 liegende Werkstückla­ ge ist dadurch ausgezeichnet, daß das Werkstück - von der kreisbogenförmigen Führung 10 aus gesehen - jenseits des Krümmungsmittelpunktes bzw. Arbeitspunktes 7 liegt. Gele­ gentlich ist es auch wünschenswert, Werkstückkanten zu ent­ graten, die nach unten weisen, beispielsweise seitlich ab­ stehende Werkstückpartien im Bereich ihrer Unterseite. Um auch diese Werkstückkanten ohne umständliches Umschwenken oder Umorientieren des Arbeitsarmes des Industrieroboters erreichen zu können, ist eine Umschaltung der nachgiebigen Halterung des Entgratfräsers 4 und des Antriebsmotors 6 vorgesehen. Und zwar ist dies beim dargestellten Ausführungs­ beispiel (Fig. 5) dadurch realisiert, daß ein Pneumatikzylin­ der 18 als Kraftspeicher zum Verspannen des Antriebsmotores um die Schwenkachse 17 verwendet wird, der beidseitig beauf­ schlagbar ist. Dadurch kann der Antriebsmotor 6 wahlweise in Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn verspannt wer­ den. Der Arbeitshub h des Pneumatikzylinders 18 ist etwa 2 bis 4 mm weniger als dem Fräserdurchmesser d im Bereich des Arbeitspunktes 7 entspricht. Dadurch liegt zwar auch bei Umschaltung der Nachgiebigkeit der neue Arbeitspunkt 7′ noch in der Nähe des alten Arbeitspunktes 7 was bei der Programmierung berücksich­ tigt werden müßte, jedoch ist der strichpunktiert angedeutete Entgrat­ fräser sehr rasch zur Bearbeitung von rechts vom Entgratfräser liegenden Werkstückkanten vorbereitet; die Nachgiebigkeit ist nach links gerichtet. Dank einer solchen Umschaltmöglich­ keit der Nachgiebigkeit kann die Entgratvorrichtung beson­ ders rasch sich der jeweiligen Lage der zu entgratenden Werk­ stückkante anpassen.

Um beim Entgraten von stufenartig versetzt liegenden Kanten mit nur relativ kleiner Stufenhöhe auch Lagetoleranzen des Werkstückes in Bezug auf den Roboter insbesondere in Rich­ tung der Stufung bzw. in Richtung der Fräserachse 5 aus­ gleichen zu können, ist es zweckmäßig, wenn zusätzlich zu der beschriebenen und dargestellten Nachgiebigkeit des Ent­ gratfräsers 4 quer zur Fräserachse 5 aufgrund der Schwenk­ barkeit um die Schwenkachse 17 auch noch eine nachgiebige Hal­ terung in Richtung der Fräserachse 5 vorgesehen ist. Bei­ spielsweise könnte der Antriebsmotor 6 teleskopartig nach­ giebig ausgebildet bzw. gehaltert sein. Um auch in dieser Hinsicht die Ausweichkraft von außen auf einfache Weise vor­ geben und hubabhängig konstant halten zu können, ist es zweckmäßig, auch an diesem Fall einen Pneumatikzylinder als Kraftspeicher vorzusehen, dessen Druck von außen einsteuer­ bar ist. Diese Art der Nachgiebigkeit des Entgratfräsers 4 parallel zur Fräserachse 5 ist jedoch zeichnerisch nicht dargestellt.

Claims (6)

1. Entgratvorrichtung für einen Industrieroboter mit einem mehrgliedrigen Arbeitsarm, dessen die Entgratvorrichtung aufnehmendes Endglied um eine zum Werkstück hinweisende Achse - Endglied-Drehachse - drehbar ist, ferner mit einem einen Entgratfräser tragenden Antriebsmotor, der derart inner­ halb der Entgratvorrichtung und in Relation zum Endglied ge­ haltert ist, daß die Fräserachse geneigt zur Endgliedachse steht und der Arbeitspunkt des Entgratfräsers auf der End­ glied-Drehachse liegt, ferner mit einer unter definiertem Widerstand nachgebenden Halterung des Entgratfräsers und seines Antriebsmotors, derart, daß er bei unerwarteten Überhöhungen der zu entgratenden Werkstückkontur ausweichen kann, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Entgratvorrichtung (1) eine zum Arbeits­ punkt (7) des Entgratfräsers (4) konzentrische, kreisbogen­ förmige in der durch die Endglied-Drehachse (3) und durch die Fräserachse (5) bestimmten Ebene liegende Führung (10) vorgesehen ist, entlang der die mit einem ent­ sprechenden Schlitten (11) versehene Halterung (Hal­ tegabel 12) des Antriebsmotors (6) derart verschieb­ bar ist, daß der Winkel (α) zwischen Fräserachse (5) und Endglied-Drehachse (3) bei unveränderter Relativlage des Arbeitspunktes (7) in Relation zur Endglied-Drehachse (3) veränderbar ist und daß der Schlitten (11) mit einem ansteuer­ baren Verstellantrieb (13) und mit einer fernsteuerbaren Klemmung zur Ausschaltung eines Führungsspieles versehen ist.

2. Entgratvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellantrieb (13) und die fernsteuerbare Klemmung des Schlittens (11) baulich dadurch integriert sind, daß entlang der kreisbogenförmigen Führung (10) eine gleich­ mäßig geteilte Reihe spitzer Zähne (14) mit gegenseitigem Teilungsabstand (T) und mit sich zum Zahnfuß hin verjüngen­ den Zahnlücken angebracht ist und daß am Schlitten (11) in Gegenüberstellung zur Zahnreihe eine Reihe von wenigstens drei einzeln beaufschlagbaren Arbeitskolben (15) mit in die Zahnlücken einsenkbaren Druckstücken (16) angebracht ist, wobei der Teilungsabstand (t) der Kolbenreihe um den Fak­ tor (n-1)/n kleiner ist als der Teilungsabstand (T) der Zahnreihe mit n als Anzahl der Arbeitskolben 15 innerhalb der Kolbenreihe.

3. Entgratvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Arbeitskolben 15 mit einer Endlagen-Kon­ trolleinrichtung versehen sind, die bei Ansprechen mittel­ bar eine Beaufschlagung des nächstfolgenden Arbeitskolbens (15) freigibt.

4. Entgratvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Halterung des Entgratfräsers (4) und des Antriebsmotors (6) dadurch wahlweise in ihrer Richtung umschaltbar ist, daß der Antriebsmotor (6) um eine parallel zur Vorschubrichtung (9) und quer zur Fräserachse (5) lie­ gende, vom Arbeitspunkt (7) des Entgratfräsers (4) wenigstens etwa um das 10-fache des Fräserdurchmessers (d) entfernten Schwenkachse (17) schwenkbar gelagert und durch einen wahl­ weise von der einen oder von der anderen Seite beaufschlag­ baren Pneumatikzylinder (17) als Kraftspeicher um die Schwenk­ achse (17) verspannbar ist.

5. Entgratvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenhub (h) des Pneumatikzylinders (18) etwa 2 bis 4 mm weniger beträgt, als dem Fräserdurchmesser (d) im Bereich des Arbeitspunktes (7) entspricht.

6. Entgratvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Nachgiebigkeit des Entgratfräsers (4) quer zur Fräserachse (5) aufgrund der Schwenkbarkeit (Schwenk­ achse 17) auch noch eine nachgiebige Halterung in Richtung der Fräserachse (5) vorgesehen ist, wobei die Ausweichkraft durch einen weiteren Pneumatikzylinder vorgebbar ist.