DE3940759A1 - Werkstueckwechselvorrichtung fuer eine werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstückwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung kubischer und rotationssymmetrischer Werkstücke mit einer horizontal gelagerten, in beliebigen Drehlagen festlegbaren Drehspindel zur Aufnahme der auf Werkstückpaletten angeordneten Werkstücke mit vertikaler Aufspannfläche, mit einer Palettenbe- und -entladeeinrichtung mit horizontaler Aufspannfläche der Werkstückpaletten und mit einer Palettenschwenkeinrichtung zur Umsetzung der Werkstückpaletten in eine Vertikalstellung.

Eine derartige Maschine ist aus DE 36 43 329 A1 bekannt. Bei einem flexiblen Fertigungssystem mit einem Maschinentisch zur Aufnahme von Werkstückpaletten, der eine horizontale Drehachse besitzt, ist die Palettentransporteinrichtung parallel zu dieser Drehachse ausgerichtet. Die in horizontaler Lage der Paletten aufgespannten Werkstücke werden zur Übergabe an eine Bearbeitungsstation auf einer Schwenkeinrichtung um 90° in eine Vertikalebene geschwenkt und danach auf den Maschinentisch geschoben. Nach erfolgter Bearbeitung kehrt die Palette mit dem aufgespannten Werkstück auf die Schwenkeinrichtung zurück und wird wieder in die horizontale Lage gebracht. Erst dann kann ein neues Werkstück zugeführt werden. Der Wechselvorgang dauert also relativ lange und verschlechtert den Nutzungsgrad der Bearbeitungsstation.

Die DE 37 21 610 A1 zeigt eine Werkzeugmaschine mit einem Rundtisch, der um eine horizontale Achse drehbar ist. Der Rundtisch ist in einem in Richtung der Drehachse verschieblichen Gehäuse gelagert. Die Werkstücke werden auf Paletten gespannt und über einen Schwenktisch in horizontaler Lage zugeführt. Zur Übergabe auf den Rundtisch müssen die Paletten und Werkstücke durch einen Palettenwechsler in eine vertikale Lage gebracht werden. Die Bereitstellung einer ausreichenden Zahl von zu bearbeitenden Werkstücken ist bei dieser Anmeldung nicht gezeigt. Ebenso wie bei dem vorhergehend geschilderten Stand der Technik kann die Zuführung der Werkstücke und die Abführung nur nacheinander geschehen, wodurch sich verhältnismäßig lange Nebenzeiten ergeben.

Aus DE 17 5 1378 B1 ist außerdem eine Werkstückwechseleinrichtung bekannt, bei der der Werkstückwechsel durch die Schwenkbewegung eines zweiarmigen Greifers relativ schnell erfolgen kann. Es ist jedoch neben der Maschine nur ein Rüstplatz vorgesehen, so daß das Entfernen eines bearbeiteten Werkstücks und das Zuführen eines Rohteils während der Bearbeitung erfolgen muß. Das wird bei kurzen Bearbeitungszeiten nicht möglich sein.

Bei Bearbeitungszentren ist es außerdem üblich, auf einem Maschinentisch nebeneinander mehrere Werkstücke anzuordnen und nacheinander zu bearbeiten. Wenn der Arbeitsraum entsprechend abgetrennt ist, können während der Bearbeitung bereits neue Werkstücke auf dem Maschinentisch aufgespannt werden. Für ein Bearbeitungszentrum mit horizontaler Werkzeugspindel ist die als Pendelbearbeitung bezeichnete Vorgehensweise prinzipiell in DE-Z. Werkstatt und Betrieb 119 (1986) 8, Seite 675 dargestellt. Die Werkstücke werden auf dem Maschinentisch direkt aufgespannt, was naturgemäß nur für sehr wenige gleichzeitig möglich ist. Die Wechselzeiten sind jedoch sehr kurz.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine automatische Werkstückwechselvorrichtung für kubische und rotationssymmetrische Werkstücke vorzuschlagen, die bei ausreichender Werkstückkapazität eine bedienerfreundliche Werkstückbereitstellung und einen schnellen Werkstückwechsel ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Anordnung zweier Palettenschwenkeinrichtungen und zweier Zuführungen kann mit derselben Vorschubbewegung eine Palette von der Drehspindel entfernt und eine neue zugeführt werden. Die Bestückung der Paletten und Spannfutter ist taktunabhängig und erfolgt in horizontaler Lage der Werkstückaufnahmen, wodurch die Werkstückzuführung und Werkstückspannung erleichtert wird. Die Palettenbe- und -entladeeinrichtungen dienen gleichzeitig als Werkstückspeicher und können beliebig groß gewählt werden, je nach Werkstückspektrum und Anwenderbedürfnissen.

Der Palettenwechselvorgang kann in einer Position der verschiebbaren Werkstückspindel erfolgen, in der keine Kollision mit den Bearbeitungswerkzeugen zu befürchten ist. Diese zurückgezogene Position ermöglicht die Zuordnung der Transportelemente in einer im Hinblick auf Behinderungen günstigen Zone. Die Anordnung der Palettenbe- und -entladeeinrichtung in Fortsetzung der Werkstückwechselrichtung quer zur Spindelachse hält die Maschinenvorder- und -rückseite zugänglich, so daß weder der Spänetransport noch die Maschinenbedienung behindert werden.

Für rotationssymmetrische Teile müssen Spannfutter zum Aufspannen der Werkstücke benutzt werden, während für kubische Werkstücke Paletten mit ebener Aufspannfläche benötigt werden. Beide Spannmittel für die Werkstücke benötigen gleiche Fügeflächen und Befestigungsmittel zur Schwenk- und Drehspindel hin.

Damit das Auf- und Abspannen der Werkstücke losgelöst vom Werkstücktransport erfolgen kann, sollen die Paletten beliebig mit der Transport-Vorschubeinrichtung verbunden werden können. Dies kann manuell oder automatisch geschehen.

Zur Vermeidung von Kollisionen zwischen der Vorschubeinrichtung der Be- und Entladeeinrichtung und der Palettenschwenkeinrichtung soll die Werkstückübergabe von der Be- und Entladeeinrichtung auf die jeweilige Palettenschwenkeinrichtung nur erfolgen können, wenn diese in Übernahmeposition steht. Die Paletten dürfen selbstverständlich während der Schwenkbewegung keine Lageänderung gegenüber dem Schwenktisch erfahren. Das läßt sich am einfachsten durch kraftschlüssige Verriegelung, z. B. durch einen Kugelrastmechanismus gewährleisten. Die Lagesicherung der Palette auf der Schwenk- und Drehspindel läßt sich am besten durch Zentrierprismen erreichen. Die jeweils auf der Drehspindel befindliche Palette wird vor Beginn der Bearbeitung durch eine Zugstange mit ihren Gegenprismen in das Zentrierprisma gezogen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionszeichnung der Gesamtanlage,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Bearbeitungsmaschine,

Fig. 3 eine Seitenansicht mit Palettenschwenkeinrichtung,

Fig. 4 eine Stirnansicht der Bearbeitungsmaschine,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Be- und Entladeeinrichtung.

Die Bearbeitungseinheit besteht aus einem Maschinenbett 1 mit Führungsbahnen 2 für Werkzeugträger und quer dazu angeordneten Horizontalführungen 3 für einen verschiebbaren Spindelkasten 4, in dem eine Drehspindel 5 gelagert ist. In den durch die beiden Führungsbahnen 2, 3 gebildeten Winkeln ergeben sich ebene Aufspannflächen 6, 7 für Palettenschwenkeinrichtungen 8, 9. Die Palettenschwenkeinrichtungen 8, 9 und die Drehspindel 5 tragen Führungssegmente 10, 11, 12, die in eine gemeinsame Ebene und eine gemeinsane Ausrichtung gebracht werden können. Diese Führungssegmente 10, 11, 12 dienen dem Transport von Werkstückpaletten 45 in Form von Spannfuttern 13 und Spannplatten 14, die auf Palettenbe- und -entladeeinrichtungen 15, 16 bereitgestellt werden. Die Spannfutter 13 und Spannplatten 14 werden von Führungsschienen 17 gehalten, die den Führungssegmenten 10, 11, 12 der Palettenschwenkeinrichtungen 8, 9 und der Drehspindel 5 entsprechen. Die Transportbewegung erfolgt durch eine von einem Motor 18 angetriebene Transportkette 19, die einen Mitnehmer 20 aufweist. Die Transportkette 19 verschiebt die Spannfutter 13 oder Spannplatten 14 so weit, daß sie von der Transporteinrichtung der Palettenschwenkeinrichtungen 15, 16 erfaßt werden können.

Diese Transporteinrichtung besteht in Fig. 2 aus einem Hubschwenkzylinder 22 mit durchgehender Kolbenstange 21, an der Mitnehmer 23 befestigt sind. In ihrer senkrechten Schwenkposition greifen die Mitnehmer 23 in Schlitze 24 der Werkstückpaletten 45. Der Hubschwenkzylinder 22 kann am verschieblichen Spindelkasten 4 befestigt sein. Im Spindelkasten 4 ist eine Drehspindel 5 gelagert. Die Drehspindel 5 weist eine durchgehende Bohrung 25 auf, in der eine Zugstange 26 gelagert ist. Die Zugstange 26 wird durch einen Spannzylinder 27 betätigt, der über einen Druckmittelverteiler 28 mit einem Druckmedium versorgt wird. Mit der Zugstange 26 ist ein Führungssegment 12 verbunden, das somit einen Hub in Drehspindelachsrichtung auszuführen in der Lage ist. An dem Drehspindelflansch 29 ist eine Adapterplatte 30 befestigt, die mindestens zwei sich kreuzende V-Prismen 31 aufweist. In diese V-Prismen 31 wird das Spannfutter 13 mit entsprechenden Gegenprismen durch das Führungssegment 12 eingezogen. Der Spindelkasten 4 wird von einem Vorschubmotor 32 über eine Gewindespindel 33 und eine Vorschubmutter 34 auf den Führungsbahnen 3 des Maschinenbettes 1 verschoben. Die auf den Aufspannflächen 6, 7 befestigten Palettenschwenkeinrichtungen 8, 9 sowie die Werkzeugträger sind der Übersichtlichkeit halber in dieser Darstellung weggelassen.

Eine Ausführungsform der Palettenschwenkeinrichtung 8 ist in Fig. 3 näher dargestellt. Man erkennt ein Spannfutter 13 auf einem Führungssegment 10 in vertikaler Lage. Das Spannfutter 13 wird auf dem Führungssegment 10 durch federbelastete Rastkugeln 35 in seiner Lage festgehalten. Der Mitnehmer 23 des Hubschwenkzylinders 22 ist ausgeschwenkt. Das Führungssegment 10 ist an einer um eine Achse 36 schwenkbaren Platte 37 befestigt. Die Achse 36 ist in einer Grundplatte 38 gelagert, die an den Aufspannflächen 6, 7 des Maschinenbettes 1 angeschraubt werden kann. Die Platte 37 wird durch einen Zylinderantrieb 39, der in einer am Maschinenbett 1 befestigten Gabel 40 drehbar gelagert und dessen Kolbenstange 41 an der Platte 37 gelenkig befestigt ist, zwischen ihrer vertikalen Lage und einer horizontalen Lage hin und her geschwenkt. In der vertikalen Lage fluchtet das Führungssegment 10 mit dem Führungssegment 12 der Drehspindel 5, wenn der Spindelkasten 4 sich in seiner rückwärtigen, linken Endlage befindet und das Führungssegment 12 gegenüber der Drehspindel 5 ausgeschoben ist. In der horizontalen Lage der Platte 37 fluchtet das Führungssegment 10 mit der Führungsschiene 17 der Palettenbe- und -entladeeinrichtung 15.

Fig. 4 zeigt die Frontansicht der Bearbeitungsmaschine mit den beiden an ihr befestigten Palettenschwenkeinrichtungen. Die auf Platten 37 angeordneten Führungssegmente 10, 11 müssen so dicht an dem Führungssegment 12 der Drehspindel 5 stehen, daß die Werkstückpalette 45 ohne zu verkanten auf das Führungssegment 12 der Drehspindel 5 geschoben werden kann. Der Transport wird durch einen Hubschwenkzylinder 22 bewirkt. Die Kolbenstangen von Hubschwenkzylindern führen bekanntlich eine Linearbewegung aus und schwenken in ihren Endlagen um voreingestellte Winkel. Die Kolbenstange 21 trägt an ihren beiden Enden Schwenkhebel 42, die durch eine Trägerstange 43 miteinander verbunden sind. An der Trägerstange 43 sind zwei Mitnehmer 23 einstellbar befestigt. Die Linearbewegung des Hubschwenkzylinders 22 reicht aus, um den einen Mitnehmer 23 aus dem Bereich der linken Palettenschwenkeinrichtung 8 bis zur Mitte der Drehspindel 5 und den anderen Mitnehmer 23 von der Mitte der Drehspindel 5 bis in den Bereich der rechten Palettenschwenkeinrichtung 9 zu bewegen. Die Adapterplatte 30 trägt V-förmige Zentrierprismen 44, die die Lagefixierung der Werkstückpaletten 45 auf der Drehspindel 5 gewährleisten.

Fig. 5 zeigt eine Be- und Entladeeinrichtung mit gegenüber der Fig. 1 abgewandeltem Vorschubantrieb. In einem Ständer 50 sind zwei Schubstangen 51 längsverschieblich gelagert, die durch ein Joch 52 miteinander verbunden sind. Auf das Joch 52 wirkt ein Linearantrieb wie z. B. die Kolbenstange eines Zylinderantriebs 53, der am Ständer 50 befestigt ist. Der Linearantrieb hat mindestens einen Hub von der Größe des Abstands zweier Werkstückpaletten 45. An den Schubstangen 51 sind doppelt soviele Mitnehmer 54 befestigt wie Spannfutter 13 und Spannplatten 14 auf der Palettenbe- und -entladeeinrichtung 15, 16 Platz finden. Die Mitnehmer 54 bestehen aus Zylindergehäusen 55, Kolben 56 und Kolbenstangen. Die Kolbenstangen dienen direkt als Mitnehmerbolzen 57 oder sind fest mit diesen verbunden. Je zwei Mitnehmerbolzen 57 greifen in gegenüberliegende Schlitze 24 der Spannfutter 13. Die Mitnehmer 54 werden über Ventile gesteuert. Auf diese Weise werden die Spannfutter 13 und Spannplatten 14 beliebig einzeln oder gemeinsam auf den Führungsschienen 17 bewegt.

Der Werkstücktransport durch die Anlage sieht folgendermaßen aus. Auf der rechten Palettenbe- und -entladeeinrichtung der Fig. 1 befinden sich eine Reihe von Spannplatten 14 und Spannfuttern 13, die mit Werkstücken beladen werden. Auf der Drehspindel 5 sei eine Spannplatte 14 oder ein Spannfutter 13 mit einem Werkstück befestigt, dessen Bearbeitung beendet ist. Die der Palettenschwenkeinrichtung 9 nächstliegende Werkstückaufnahmevorrichtung mit bereits aufgespanntem Werkstück wird auf das horizontal liegende Führungssegment 11 geschoben und in die Vertikale geschwenkt. Gleichzeitig wird der Spindelkasten 4 zurückgezogen und die mit der Drehspindel 5 verbundene Werkstückpalette 45 von dieser gelöst. Die Mitnehmer 23 schwenken nun gleichzeitig in einen Schlitz der an der Drehspindel 5 und der an der Palettenschwenkeinrichtung 9 gehaltenen Werkstückpalette 45. Der anschließende Hub der Kolbenstange 21 des Hubschwenkzylinders 22 verschiebt beide Werkstückpaletten 45 um eine Position nach links. Während das zu bearbeitende Werkstück fest mit der Drehspindel 5 verbunden und bearbeitet wird, kann das bearbeitete Werkstück von der Palettenschwenkeinrichtung 8 in eine horizontale Lage gebracht und von der Palettenbe- und -entladeeinrichtung 15 übernommen werden. Während der Bearbeitung eines Werkstücks kann jeweils ein fertiges Werkstück hier bequem abgespannt und ein neues Rohteil aufgespannt werden. Auch der Austausch von Werkstückpaletten 45 ist während dieser Zeit möglich. Auf diese Weise gelangen alle Werkstücke mit ihren Trägern nach und nach von der einen Seite auf die andere bis auf das letzte zu bearbeitende. Dieses kehrt seine Vorschubrichtung nach der Bearbeitung um und wird auf die Palettenbe- und -entladeeinrichtung zurückgeschoben, von der es gekommen ist. Auf diese Weise kann die Bearbeitung ohne größere Unterbrechung, als zum Paletten- oder Futterwechsel erforderlich ist, fortgesetzt werden. Der Auf- und Abspannvorgang wechselt dabei nach jedem Durchlauf von der einen Palettenbe- und -entladeeinrichtung zur anderen. Wenn die Mitnehmer 20, 23 gesteuert mit den Werkstückpaletten 45 verbunden werden, ist ihre Be- und Entladung vom Bearbeitungstakt unabhängig.

Claims (15)

1. Werkstückwechselvorrichtung für eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung kubischer und rotationssymmetrischer Werkstücke mit einer horizontal gelagerten, in beliebigen Drehlagen festlegbaren Drehspindel (5) zur Aufnahme der auf Werkstückpaletten (45) angeordneten Werkstücke mit vertikaler Aufspannfläche, mit einer Palettenbe- und -entladeeinrichtung (15, 16) mit horizontaler Aufspannfläche der Werkstückpaletten (45) und mit einer Palettenschwenkeinrichtung (8, 9) zur Umsetzung der Werkstückpaletten (45) in eine Vertikalstellung dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Palettenbe- und -entladeeinrichtung (15) auf der einen Seite der Achse der Drehspindel (5) und eine zweite Palettenbe- und -entladeeinrichtung (16) auf der anderen Seite der Drehspindelachse angeordnet sind und daß zwischen den zwei Palettenbe- und -entladeeinrichtungen (15, 16) und der Drehspindel (5) je eine Palettenschwenkeinrichtung (8, 9) vorgesehen ist.

2. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 1 für eine Werkzeugmaschine mit in Spindelachsrichtung verschieblicher Drehspindel (5) dadurch gekennzeichnet, daß die Palettenschwenkeinrichtungen (8, 9) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die der zurückgezogenen Position der Drehspindel (5) entspricht.

3. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückpaletten (45) als Aufspannplatten (14) mit Spannuten (46) für kubische Werkstücke oder als Spannfutter (13) für rotationssymmetrische Werkstücke ausgebildet sind und gleiche Führungs- und Zentrierelemente zur Drehspindel (5) aufweisen.

4. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstücktransport auf der Palettenbe- und -entladeeinrichtung (15, 16) quer zur Achse der Drehspindel (5) erfolgt.

5. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückpaletten (45) von der Werkstücktransporteinrichtung der Palettenbe- und -entladeeinrichtung (15, 16) bis in den Bereich der Palettenschwenkeinrichtung (8, 9) verschoben wird, wenn die Führungssegmente (10, 11) sich in horizontaler Lage befinden und daß der Vorschub der Werkstückpaletten (45) in diesen Bereich blockiert ist, wenn die Führungssegmente (10, 11) aus der horizontalen Lage ausgeschwenkt sind.

6. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückpaletten (45) auf den Palettenbe- und -entladeeinrichtungen (15, 16) mit dem Transportvorschub durch Mitnehmer verbunden sind, die einzeln mit den Werkstückpaletten (45) in und außer Eingriff gebracht werden.

7. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (54) hydraulisch betätigte Bolzen (57) sind.

8. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Transportvorschub durch Schubstangen (51) bewirkt wird, an denen die Mitnehmer (54) im Abstand der Länge der Werkstückpaletten (45) befestigt sind.

9. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstangen (51) mit mindestens einem Mitnehmer (54) in den Bereich der Palettenschwenkeinrichtung (8, 9) verschiebbar sind und daß die Palettenschwenkeinrichtung (8, 9) in ihrer Schwenkbewegung blockiert ist, wenn die Schubstangen (51) sich im Bereich der Palettenschwenkeinrichtung (8, 9) befinden.

10. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückpaletten (45) auf der Palettenschwenkeinrichtung (8, 9) in Verschieberichtung kraftschlüssig gehalten werden.

11. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Palettenschwenkeinrichtung (8, 9) auf der Vorderseite der Führungssegmente (10, 11) federbelastete Kugeln (35) enthält, die in Vertiefungen auf der Rückseite der Werkstückpaletten (45) eingreifen.

12. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückpaletten (45) von den Palettenschwenkeinrichtungen (8, 9) zur Drehspindel (5) und von der Drehspindel (5) zur Palettenschwenkeinrichtung (8, 9) durch einen Hubschwenkzylinder (22) bewegt werden.

13. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Drehspindel (5) an ihrer Stirnseite Zentrierelemente zur Lagefixierung der Werkstückpaletten (45) aufweist.

14. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierelemente an der Stirnseite der Drehspindel (5) und der Rückseite der Werkstückpaletten (45) prismenförmige Gestalt haben.

15. Werkstückwechselvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Zugstange (26) in einer zentrischen Bohrung (25) die Drehspindel (5) durchragt und an ihrem einen Ende ein Führungssegment (12) trägt, während ihr anderes Ende mit einem Spannzylinder (27) verbunden ist.