DE3834208A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, die eine Palette hat, auf der ein Werkstück lösbar angebracht ist.

Bei einer üblichen Werkzeugmaschine, wie einem Bearbei­ tungszentrum oder einem Bohrzentrum, sind eine Palette und eine Palettenwechseleinrichtung vorgesehen, um die Werk­ stückwechselzeiten so klein wie möglich zu halten, wodurch die Bearbeitungsleistung oder die Produktivität verbessert wird, wie es in dem veröffentlichten japanischen Gebrauchs­ muster No. 60-29 400 beschrieben ist. Bei einer solchen üblichen Werkzeugmaschine sind wenigstens zwei Paletten vorgesehen. Auf einer der Paletten ist ein Werkstück ange­ bracht und sie ist in einem Bearbeitungsbereich positio­ niert, während auf weiteren Paletten ein Rohling bzw. ein unbearbeitetes Werkstück angebracht ist, wobei sich diese Paletten außerhalb des Bearbeitungsbereiches befinden. Diese Paletten werden mit Hilfe einer Palettenwechselein­ richtung untereinander ausgetauscht, so daß der Rohling in den Bearbeitungsbereich überführt und dort bearbeitet wird, während ein bereits bearbeitetes Werkstück entnommen und ein neues Werkstück an dem Bereich aufgelegt wird, der außerhalb des Bearbeitungsbereichs liegt. Bei einem der­ artigen Palettenwechselvorgang können der Werkstückwechsel­ vorgang und der Bearbeitungsvorgang gleichzeitig erfolgen, um hierdurch eine effektive Bearbeitungszeit während einer Gesamtbearbeitungsperiode zu erreichen. (Entsprechende Ein­ zelheiten sind auch in dem veröffentlichten japanischen Gebrauchsmuster No. 61-30 797, der veröffentlichten japani­ schen Patentanmeldung No. 62-24 195, der japanischen Offen­ legungsschrift No. 61-2 65 234 und der US-PS 45 05 463 an­ gegeben.)

Jedoch benötigt man für den Palettenwechselvorgang unab­ hängig von einer automatischen oder einer manuellen Palettenwechseleinrichtung relativ viel Zeit. Ferner kann der Werkstückbearbeitungsvorgang nicht während des Arbei­ tens der Palettenwechseleinrichtung ausgeführt werden. Als Folge hiervon kann die nutzbare Bearbeitungszeit ver­ mindert werden.

Ferner muß bei der üblichen Palettenwechseleinrichtung eine Mehrzahl von Paletten wechselweise oder aufeinanderfolgend zwischen dem Bearbeitungsbereich und dem Nicht-Bearbeitungs­ bereich der Werkzeugmaschine bewegt werden. Daher sind komplizierte Einrichtungen und eine aufwendige Steuerung zur Verwirklichung einer derartigen Betriebsweise erfor­ derlich, wodurch die Gesamtanlage teuer wird.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, die vorstehend zum Stand der Technik genannten Schwierigkeiten zu überwinden, und eine verbesserte Werkzeugmaschine bereitzustellen, die ohne eine Palettenwechseleinrichtung auskommt.

Ferner soll nach der Erfindung eine solche Werkzeugmaschine bereitgestellt werden, die einen vereinfachten Aufbau hat, um eine kostengünstige Werkzeugmaschine bereitzustellen.

Ferner bezweckt die Erfindung, eine Werkzeugmaschine anzu­ geben, bei welcher eine Totzeit, beginnend von dem Ende der Bearbeitung eines Werkstückes bis zum Beginn der Bear­ beitung eines darauffolgenden Werkstückes, möglichst klein gehalten ist.

Nach der Erfindung wird eine Werkzeugmaschine bereitgestellt, die einen Spindelkopf, einen Ständer, der den Spindelkopf trägt und in einem vorbestimmten Bereich in einer ersten Richtung bewegbar ist, eine Mehrzahl von Paletten zum lösbaren Anbringen eines Werkstückes, und einen Tisch aufweist, der dem Ständer zugewandt ist, um an diesem die Paletten zu anzubringen, wobei dieser einen Bearbeitungs­ bereich bildet, und wobei sich die Verbesserung dadurch auszeichnet, daß die Mehrzahl von Paletten zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung unabhängig bewegbar ist, und daß eine Spanneinrichtung zum Fest­ spannen der Paletten wenigstens in ihrer ersten Position vorgesehen ist. Die erste Position liegt im Arbeitsbe­ reich und die zweite Position liegt im Nicht-Bearbeitungs­ bereich außerhalb des Bearbeitungsbereichs. Ferner ist der Tisch ortsfest vorgesehen.

Bei dieser Auslegung kann jede Palette unabhängig im Be­ arbeitungsbereich und im Nicht-Bearbeitungsbereich posi­ tioniert werden. Wenn daher eines der Werkstücke, das auf einer der Paletten angebracht ist, im Bearbeitungsbereich bearbeitet wird, kann bei einer weiteren Palette das Werk­ stück im Nicht-Bearbeitungsbereich ausgetauscht werden, und dann kann die Palette zu dem Bearbeitungsbereich be­ wegt werden. Somit kann die weitere Palette neben der sich im Bearbeitungsbereich befindenden Palette angeordnet wer­ den. Wenn die Bearbeitung an dem Werkstück beendet ist, wird der Ständer einfach in den Bearbeitungsbereich in Richtung zu der weiteren Palette für die anschließende Bearbeitung bewegt, so daß der anschließende Bearbeitungs­ vorgang unmittelbar beginnen kann. Insbesondere wird bei der Erfindung eine Palette, die sich im Bearbeitungsbereich befindet, nicht durch eine andere Palette ausgewechselt, die sich außerhalb des Bearbeitungsbereiches befindet. Bei der Erfindung hingegen wird während der Bearbeitung des ersten Werkstücks, das auf der ersten Palette angebracht ist, die sich im Bearbeitungsbereich befindet, eine weitere Palette, auf der sich ein bereits bearbeitetes Werkstück befindet, von dem Bearbeitungsbereich wegbewegt, und an der letztgenannten Palette erfolgt ein Werkstückwechsel im Nicht-Bearbeitungsbereich. Anschließend wird die letztgenannte Palette, auf der ein neues Werkstück ange­ bracht ist, wiederum in den Bearbeitungsbereich für die anschließende Bearbeitung überführt. Während dieser Schritte erfolgt die Bearbeitung am ersten Werkstück ununterbrochen. Daher tritt im wesentlichen keine Arbeitsunterbrechung während des Palettenwechsels oder des Werkstückwechsels auf, so daß die nutzbare Bearbei­ tungszeit für das Werkstück vergrößert werden kann.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeug­ maschine gemäß einer ersten bevorzugten Aus­ bildungsform nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine nach Fig. 1, und

Fig. 3 bis 8 schematische Draufsichten zur Beschreibung eines Arbeitsablaufes für den Werkstückwechsel.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausbildungsform nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu­ tert. In der Beschreibung werden die Bezeichnungen "vorne", "hinten", "oben", "unten" und "seitlich" verwendet, um die verschiedenen Teile festzulegen, wenn die Werkzeugmaschine sich in einem Zustand befindet, in der sie ihrem bestim­ mungsgemäßen Gebrauch zugeführt wird. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, weist ein Grundgestell 1 im allgemeinen zwei Abschnitte, d.h. einen hinteren Abschnitt 1 a und einen vorderen Tischabschnitt 12 auf. Eine Ständerbasis 2 ist auf dem hinteren Abschnitt 1 a des Grundgestells 1 ange­ ordnet und sie ist hierzu in einer Querrichtung (einer ersten Richtung oder einer X-Richtung in Fig. 1) ver­ schiebbar. Auf der Ständerbasis 2 ist ein Ständer 3 an­ geordnet, der in Richtung nach vorne und hinten (eine zweite Richtung oder eine Y-Richtung in Fig. 1) gleit­ beweglich ist. Ferner ist am Ständer 3 ein Spindelkopf 4 in vertikaler Richtung (Z-Richtung) gleitbeweglich ge­ lagert. Am hinteren Abschnitt 1 a des Grundgestells 1 ist ein X-Achsenantriebsmotor 5 fest angebracht, der zum An­ treiben mit der Ständerbasis 2 zum Bewegen derselben ver­ bunden ist. An der Ständerbasis 2 ist ein Y-Achsenan­ triebsmotor 6 fest angebracht, der zum Antrieb mit dem Ständer 3 verbunden ist, und am Ständer 3 ist ein Z-Ach­ senantriebsmotor 7 fest angebracht, der zum Antreiben mit dem Spindekopf 4 verbunden ist. Der Spindelkopf 4 ist mit einer Spindel 9 versehen, die um die Achse drehbar ist. Der Spindelkopf 4 ist ebenfalls mit einem Spindelmotor 8 versehen, der mit der Spindel 9 zum Drehen derselben ve­ bunden ist. Am Spindelkopf 4 ist ferner eine automatische Werkzeugwechseleinrichtung (ATC) 11 angebracht, die mit einem ATC-Motor 10 verbunden und durch diesen angetrieben wird, der ebenfalls am Spindelkopf 4 angebracht ist.

Auf dem Tischabschnitt 12 des Grundgestells 1 ist ein ortsfester Tisch 13 fest angebracht, auf dem ein Paar von Paletten 21 und 22 in einer Linie in Querrichtung (X-Richtung) angebracht werden kann. Die erste und die zweite Palette 21 und 22 sind mit Handgriffteilen 23, 24 an ihren vorderen Flächen versehen. Die Spindel 9 ist über dem ortsfesten Tisch 13 und über den beiden Palet­ ten 21, 22 in Querrichtung auf Grund der Verschiebebe­ wegung der Ständerbasis 2 oberhalb des Grundgestells 1 bewegbar, so daß die obere Fläche des ortsfesten Tisches 13 einen Bearbeitungsbereich darstellt.

An der vorderen Endfläche des Grundgestells 1 ist eine Werkstückhandhabungsstation 14 fest angebracht, so daß die letztgenannte relativ zum ortsfesten Tisch 13 nach vorne liegend angeordnet ist. Die Handhabungsstation 14 stellt einen außerhalb des Bearbeitungsbereiches liegen­ den Bereich (einen Nicht-Bearbeitungsbereich) dar, an dem ein offener Raum vorhanden ist, der nicht durch benach­ barte mechanische Teile behindert wird, um den Werk­ stückwechselvorgang zu erleichtern, so daß ein bereits bearbeitetes Werkstück von der Palette abgenommen und ein neues Werkstück an dieser angebracht werden kann. An der Handhabungsstation 14 sind zwei Paare von Führungsein­ richtungen, wie Rollenführungen 15 und 16 vorgesehen, die jeweils in die zweite oder Y-Richtung verlaufen und dem ortsfesten Tisch 13 zugeordnet sind. Die Paletten 21 und 22 können in die Paare von Rollenführungen 15 und 16 jeweils gebracht werden. Somit ist jede Palette 21, 22 abwechselnd zwischen der ersten und der zweiten Position oder zwischen dem ortsfesten Tisch 13 und der Handha­ bungsstation 14 (zwischen dem Bearbeitungsbereich und dem Nicht-Bearbeitungsbereich) bewegbar. Eine der Palet­ ten 21 und 22 wird längs der Rollenführung 15 oder 16 dadurch nach vorne oder hinten bewegt, daß die zugeordne­ ten Handgriffe 23 oder 24 von Hand ergriffen werden.

Einspanneinrichtungen, die erste bis vierte Einspannein­ richtungen 17, 18, 19 und 20 umfassen, sind vorgesehen. Die erste und dritte Einspanneinrichtung 17, 19 sind an den Seitenabschnitten der Handhabungsstation 14 vorgesehen, und die zweiten und vierten Einspanneinrichtungen 18, 20 sind an den Seitenabschnitten des ortsfesten Tisches 13 vorgesehen. Diese Einspanneinrichtungen sind an den ent­ sprechenden Paletten 21 und 22 zugeordneten Positionen vorgesehen, um diese zwischenzeitlich in einer Position festzulegen. Bekannte Einspanneinrichtungen können bei der Erfindung verwendet werden. Beispielsweise sind die Paletten 21, 22 mit Paßöffnungen (nicht gezeigt) versehen, in die Positionsbestimmungsbolzen (nicht gezeigt) in Ein­ griff kommen können, um die vordere und hintere Position der Paletten 21 und 22 zu bestimmen, wenn eine dieser Paletten zu dem ortsfesten Tisch 13 und der Handhabungs­ station 14 bewegt wird. Anschließend werden diese Palet­ ten 21, 22 fest eingespannt, um weitere Bewegungen der­ selben zu verhindern.

Auf die Palette 21 wirkt die Einspanneinrichtung 17 an der Handhabungsstation 14 ein und die Einspanneinrichtung 18 wirkt am ortsfesten Tisch 13 ein, wobei diese Ein­ spanneinrichtungen miteinander über eine Verbindungsein­ richtung (nicht gezeigt) gekoppelt sind, so daß diese zusammenarbeiten. In ähnlicher Weise sind die Einspann­ einrichtungen 19 und 20 mit Hilfe einer weiteren Verbin­ dungseinrichtung (nicht gezeigt) miteinander gekoppelt.

Um den ortsfesten Arbeitstisch 13 ist eine Schutzabdeckung 25 vorgesehen, um zu verhindern, daß Schnittspane und Schneidöl verstreut werden. Die Schutzabdeckung 25 umfaßt ein Paar von Gleitabdeckteilen 26 und 27, die an der Grenzstelle zwischen dem ortsfesten Tisch 13 und der Handhabungsstation 14 vorgesehen sind, und die in X-Rich­ tung gleitbeweglich sind, wie dies mit gebrochener Linie in Fig. 1 gezeigt ist. Diese Gleitabdeckteile 26 und 27 umschließen wechselweise die Durchgangswege der Paletten 21 und 22 in Y-Richtung.

Nachstehend wird anhand der Fig. 3 bis 8 die Arbeits­ weise näher beschrieben.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, werden zuerst zwei Paletten 21 und 22 an einer Werkstückhandhabungsstation 14 vorge­ sehen, und ein Werkstück 31 wird auf der ersten Palette 21 festgelegt. In diesem Fall sind beide Gleitabdeckungen 26 und 27 offen. Nach der Festlegung des Werkstückes wird die erste Palette 21 dem ortsfesten Tisch 13 zuge­ leitet und sie wird an diesem mit Hilfe der zweiten Ein­ spanneinrichtung 18 eingespannt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Anschließend wird eines der Gleitabdeck­ teile 26 (auf der linken Seite liegendes Gleitabdeck­ teil in Fig. 4) geschlossen, und der Bearbeitungsteil der Maschine wird eingeschaltet, so daß das Werkstück 31 auf der ersten Palette 21 bearbeitet werden kann. Während der Bearbeitung wird ein weiteres Werkstück 32 für die anschließende Bearbeitung auf der zweiten Palette 22 festgelegt, die sich bereits in der Handhabungsstation 14 befindet. Nachdem das zweite Werkstück 32 vollständig auf der zweiten Palette 22 festgelegt ist, wird die zweite Palette 22 dem ortsfesten Tisch 13 zugeleitet, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, und sie wird dort mit Hilfe der vierten Einspanneinrichtung 20 eingespannt. In diesem Zustand wird das erste Werkstück 31 ununterbrochen bear­ beitet, und das zweite Gleitabdeckteil 27 wird geschlossen, um einen Bereitschaftszustand des zweiten Werkstückes 32 anzunehmen.

Nach der Beendigung der Bearbeitung des ersten Werkstücks 31 wird der Ständer 33 seitlich zu dem zweiten Werkstück 32 bewegt, so daß die Bearbeitung an dem zweiten Werkstück 32 aufge­ nommen werden kann, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Während dieser Bearbeitung wird das erste Gleitabdeckteil 26 geöffnet, und die zweite Einspanneinrichtung 18 gibt die erste Palette 21 frei, so daß diese zu der Hand­ habungsstation 14 mit Hilfe der Rollenführung 14 zurück­ kehrt. Daher kann das erste Werkstück 32, das bereits bearbeitet ist, von der ersten Palette 21 abgenommen werden, und ein weiteres Werkstück 33 kann an dieser be­ festigt werden. Daher kann der Werkstückwechselvorgang während der Bearbeitung des zweiten Werkstückes 32 in einem behinderungsfreien Nicht-Bearbeitungsraum durch­ geführt werden, d.h. an der Handhabungsstation 14.

Nach der Beendigung der Festlegung des dritten Werk­ stückes 33 auf der ersten Palette 21 wird die erste Palette 21 zu dem ortsfesten Tisch 13 gebracht und sie wird dort mit Hilfe der zweiten Einspanneinrichtung 18 eingespannt. Anschließend wird das erste Gleitabdeck­ teil 26 geschlossen, so daß das dritte Werkstück 33 eine Bereitschaftsstellung einnimmt, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, bis die Bearbeitung am zweiten Werkstück 32 beendet ist.

Nach der Beendigung der Bearbeitung des zweiten Werk­ stückes 32 auf der zweiten Palette 22 wird der Ständer 3 seitlich bzw. in Querrichtung in Richtung zu dem dritten Werkstück 33 bewegt, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, so daß die Bearbeitung an dem dritten Werkstück 33 aufge­ nommen werden kann. Während dieser Bearbeitung ist das zweite Gleitabdeckteil 27 geöffnet, und die vierte Ein­ spanneinrichtung 20 gibt die zweite Palette 22 frei, so daß diese mit Hilfe der Rollenführung 16 der Handhabungs­ station 14 zugeleitet werden kann. Anschließend das bereits bearbeitete zweite Werkstück 32 durch ein viertes Werk­ stück 34 ersetzt, und dann wird die zweite Palette 22 dem ortsfesten Tisch 13 zugeleitet, und sie wird dort mit Hilfe der vierten Einspanneinrichtung 20 eingespannt, wobei das vierte Werkstück 34 einen Bereitschaftsszustand einnimmt, bis die Bearbeitung am dritten Werkstück 33 beendet ist. Somit erhält man einen Zustand, der mit jenem übereinstimmt, der in Fig. 5 gezeigt ist. Diese Vorgänge werden wiederholt ausgeführt.

Zusammenfassend wird bei der vorangehend erläuterten Be­ triebsweise während der Bearbeitung an einem der Werk­ stücke, das auf einer der Paletten im Bearbeitungsbe­ reich angebracht ist, das andere Werkstück durch ein neues Werkstück an der weiteren Palette ausgewechselt, die außerhalb des Bearbeitungsbereiches liegt. Daher wird bei der Erfindung die Bearbeitung des Werkstückes nicht durch den Werkstückwechselvorgang unterbrochen. Ferner wird während der Bearbeitung an einem der Werk­ stücke die andere Palette, an der das neue Werkstück angebracht ist, wiederum in den Bearbeitungsbereich überführt, um eine Bereitschaftsstellung für die an­ schließende Bearbeitung anzunehmen. Daher kann die an­ schließende Bearbeitung an dem neuen Werkstück sofort durch einfaches Bewegen des Ständers aufgenommen werden. Somit kann man die Bearbeitungsperioden während der gesamten Bearbeitungsgänge effektiv nutzen, und die Auswechselarbeiten lassen sich behinderungsfrei und in sicherer Umgebung ausführen.

Ferner sind bei der vorliegenden Erfindung lediglich Einrichtungen zum Bewegen der Paletten 21 und 22 in Richtung nach vorne und hinten und eine Einrichtung zum Einspannen der Paletten an den vorderen und hinteren Positionen erforderlich. In anderen Worten ausgedrückt, bedeutet dies, daß bei der vorliegenden Erfindung es nicht notwendig ist, komplizierte Einrichtungen zum alternierenden Palettenwechsel vorzusehen, wie dies bei der üblichen Werkzeugmaschine der Fall ist. Somit erhält man eine einfach ausgelegte und billige Werkzeug­ maschine.

Bei der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausbildungsform werden die Paletten 21 und 22 manuell zwischen den Bearbeitungs- und Nicht-Bearbeitungsbereichen bewegt. Jedoch kann man auch eine automatische Bewegungseinrich­ tung, wie z.B. Pneumatikzylinder, verwenden, die jeweils mit den Paletten 21, 22 verbunden sind. Auch könnte eine halbautomatische Bewegungseinrichtung verwendet werden, um die Paletten nur in einer Richtung automatisch zu bewegen, wie z.B. von dem ortsfesten Tisch 13 zu der Handhabungsstation 14.

Claims (4)

1. Werkzeugmaschine mit einem Spindelkopf, einem Ständer, der den Spindelkopf trägt und in einer vorbe­ stimmten Zone in einer ersten Richtung bewegbar ist, einer Mehrzahl von Paletten, an denen ein Werkstück lösbar anbringbar ist, und mit einem Tisch, der dem Ständer zugewandt ist, an welchem die Paletten ange­ bracht werden und welcher einen Bearbeitungsbereich darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mehrzahl von Paletten (21, 22) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung unabhängig bewegbar ist, wobei die erste Position im Bearbeitungsbereich und die zweite Position in einem Nicht-Bearbeitungsbereich außerhalb des Bearbeitungs­ bereiches liegt,
der Tisch (13) ortsfest vorgesehen ist, und
die Einspanneinrichtungen (17 bis 20) die Palet­ ten (21, 22) wenigstens in ihrer ersten Position ein­ spannen.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Werk­ stückhandhabungsstation (14) zum Auswechseln eines be­ reits bearbeiteten Werkstücks gegen ein neues Werkstück einer der Paletten (21, 22) zugeordnet ist, die sich in der zweiten Position befindet, und daß die Handhabungs­ station (14) bezüglich des ortsfesten Tisches (13) von diesem nach vorne liegend vorgesehen ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannein­ richtung erste, zweite, dritte und vierte Einspannein­ richtungen (17 bis 20) aufweist, die erste und dritte Einspanneinrichtungen (17, 19) an der Werkstückhand­ habungsstation (14) und die zweiten und vierten Ein­ spanneinrichtungen (18, 20) an dem ortsfesten Tisch (13) angeordnet sind, und daß die ersten und zweiten Einspann­ einrichtungen (17, 18) betriebsmäßig miteinander ge­ koppelt sind.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Paar von Führungseinrichtungen (15, 16) an der Werkstückhand­ habungsstation (14) zugeführten Bewegung der Paletten (21, 22) zwischen der ersten und der zweiten Position vorgesehen ist, und daß die Führungseinrichtungen (15, 16) in die zweite Richtung verlaufen.