DE3943546A1 - Portalwerkzeugmaschine, insbesondere zum polieren von werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Portalwerkzeugmaschine, ins­ besondere zum Polieren von an einem ortsfesten Werkstück­ tisch festgelegten Werkstücken, wobei ein Werkzeugkopf in zwei horizontalen Achsen und in einer vertikalen Achse mittels separater Servomotoren translatorisch bewegbar und um die vertikale Achse auch schwenkbar ist, sowie am Werk­ zeugkopf eine in ihrer Achsrichtung oszillierend bewegbare Polierscheibe gelagert ist, der eine am Werkzeugkopf befind­ liche Poliermittelsprüheinrichtung zugeordnet ist.

Zum Polieren von Werkstücken, bei denen es sich insbesondere um langgestreckte, gegebenenfalls gebogene bzw. gekrümmte Profilstäbe handelt, werden derzeit Poliermaschinen einge­ setzt, die nach dem Prinzip einer Kettenkopiermaschine ar­ beiten. Bei diesen bekannten Poliermaschinen ist der Polier­ kopf - ähnlich wie bei der Lösung nach dem DE-GM 18 56 020 - an einer Säule in vertikaler Richtung verschiebbar und in wählbaren Positionen feststellbar gehaltert. Der die Trag­ säule umfassende Tragarm des Polierkopfes weist ein Schwenk­ lager mit einer horizontalen Achse auf, um welche der die Polierscheibe mit ihrer horizontal verlaufenden Achse lagernde Arm begrenzt schwenkbar ist. Der standortfeste Polierkopf übergreift mit seiner Polierscheibe einen Werkstücktisch, der einen bewegbaren Schlitten aufweist, an welchem die Werkstücke befestigt sind, und der zum Polieren dieser Werkstücke derart an der Polierscheibe vorbeizuführen ist, daß diese in Kontakt mit der zu polierenden Oberfläche der Werkstücke verbleibt. Abgesehen davon, daß bei der Bewe­ gung des Schlittens eines solchen Werkzeugtisches große Massenkräfte zu bewältigen sind, die das Polierergebnis beeinflussen, ist das Be- und Entladen des Schlittens eines solchen Werkstücktisches zeitraubend und aufwendig, zumal beim Be- und Entladen diese vorbekannte Poliermaschine stillsteht.

Die DE 28 56 519 A1 offenbart eine Schleifmaschine zum Ab­ schrägen und Facettieren von Glasplatten, bei welcher der Werkzeugkopf nur in einer horizontalen Achse bewegt werden kann, während die andere dazu rechtwinklig verlaufende horizontale Bewegungsachse durch die Bewegung des Werkzeug­ tisches erzeugt wird. Der Werkzeugkopf ist außerdem um eine Vertikalachse verschiebbar und auch um diese Vertikalachse schwenkbar. Schließlich ist der Werkzeugkopf noch um eine weitere Horizontalachse begrenzt neigbar und in wählbaren Neigungslagen einstellbar. Mit diesem Werkzeugkopf lassen sich nur ebene Flächen bearbeiten, zumal die Neigungslage des Werkzeugkopfes während des Bearbeitungsvorganges nicht verstellt werden kann, und der Werkzeugkopf nicht dreidimen­ sional bewegbar ist.

Zur Beseitigung des Nachteiles einer quasi ortsfesten An­ ordnung des Polierkopfes bei bewegbarem, die Werkstücke halternden Schlitten ist bereits eine Portalwerkzeugmaschine der eingangs genannten Art bekannt. Bei dieser ist jedoch die die Polierscheibe tragende Achse in Achsrichtung nicht neigbar, so daß ein optimales Polieren aller mit denkbarer Krümmung versehener Werkstücke nicht möglich ist. Zudem ist bei dieser bekannten Poliermaschine der Polierkopf in einem um eine vertikale Achse drehbaren und axial verschiebbaren Käfig angeordnet, dessen Eigengewicht beträchtlich ist, wo­ durch einerseits seine Manipulierbarkeit eingeschränkt wird und auch die Andruckkräfte der Polierscheibe an das je­ weilige Werkstück nur mit verhältnismäßig großem Steuerungs­ aufwand im gewünschten Rahmen gehalten werden können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Portalwerkzeugmaschine der eingangs genannten Art dahin­ gehend zu verbessern, daß zur Qualitätsverbesserung der Werkstückoberfläche eine feinfühlige Andruckregelung des Werkzeugkopfes und die Nachführung seiner Lage in Anpassung an die zu bearbeitende Werkstückoberfläche eigengesteuert und im wesentlichen ohne Rüstzeiten möglich ist.

Diese Aufgabe ist mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch wird neben einer Quali­ tätsverbesserung der Oberflächen der bearbeiteten Werk­ stücke auch die Bearbeitung komplexer Oberflächen, wie sie an zweiachsig gebogenen und verdrallten Profilstäben vor­ handen sind, erleichtert. Infolge der CNC-Steuerung des Werkzeugkopfes läßt sich eine schonende, zeitoptimierte Drehrichtungsumkehr der Polierscheibe erzielen, wobei auch die Oszillationsbewegung hinsichtlich ihres Hubes und ihrer Frequenz variiert werden kann. Schließlich läßt sich mit der CNC-Steuerung auch der Polierscheibenverschleiß kompen­ sieren.

Zur Optimierung des Poliervorganges läßt sich die Drehzahl und die Drehrichtung des die Polierscheibe antreibenden Servomotors durch Proportionalventile stufenlos regeln bzw. steuern.

Als die Oszillationsbewegung erzeugender Druckmittel­ zylinder läßt sich vorzugsweise ein Hydraulikzylinder ver­ wenden. In diesem Fall wird vorteilhaft auch der die Polier­ scheibe antreibende Servomotor als Hydraulikmotor ausge­ bildet sein. Die Verwendung hydraulischer Baueinheiten zur Erzeugung der Antriebsbewegungen des Werkzeugkopfes ist insofern vorteilhaft, als daß sich dadurch das Eigengewicht des Werkzeugkopfes minimieren läßt. Dieser, die Bearbei­ tungskriterien begünstigende Effekt läßt sich nur dadurch weiter steigern, daß die Eigengewicht-Kompensationsein­ heit des Werkzeugkopfes wenigstens einen einer Schlitten­ führung des Trägers von Polierscheibe, Getriebe und Servo­ motor parallelgeschalteten, regelbaren und programmier­ baren Pneumatikzylinder umfaßt. Die Verwendung von Druck­ luft für die Eigengewichtskompensierung ist insofern vorteil­ haft, als daß es sich bei Druckluft um ein kompressibles Medium handelt, so daß geringe Belastungsänderungen der Polierscheibe gewissermaßen gefedert aufgenommen werden können, größere Belastungsänderungen aber das Ansprechen eines Druckregelventiles bewirken, das die Kompressions­ kraft konstant hält.

Zur Befestigung der Werkstücke am Werkstücktisch lassen sich vorteilhaft rahmenförmige, palettenartige Werkstück­ träger einsetzen, die eine Festlegung der Werkstücke er­ möglichen. Dabei werden vorteilhaft die als Werkstückträger fungierenden Rahmen Abmessungen aufweisen, die ihre Be­ festigung am Außenbereich des Werkstücktisches zulassen.

Eine Automation des Polierprozesses ist durch eine Program­ mierung der Bearbeitungsvorgänge möglich. Dabei läßt sich eine Teach-in-Programmierung mittels Handbedienfeld reali­ sieren, wobei eine Programmier- und Bedienungsunterstützung über einen Bildschirmdialog möglich ist. Außerdem lassen sich die Polierparameter (Scheibendrehrichtung, Polierdruck, Polierpastenzufuhr, Oszillation und Vorschubgeschwindigkeit) im Klartext mittels lesbarer Zeichen abfragen. Zur Unter­ stützung des automatisierten Polierablaufes ist die Maschi­ nenperipherie über eine integrierte speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) unterstützt. Zu diesem Zweck sind insbe­ sondere auch eine Fördereinrichtung und die Poliermittel­ sprüheinrichtung SPS-gesteuert.

Durch die fünfachsige Bewegbarkeit (3 Linearachsen, 2 Schwenk­ achsen) des Werkzeugkopfes über dem feststehenden Werkstück­ tisch läßt sich eine optimale Anpassung der Werkzeugkopf­ stellung in bezug auf die zu bearbeitende Oberfläche er­ zielen. Es lassen sich daher beliebige Werkstücke in bezug auf Abmessungen und Gestaltung bearbeiten, wobei durch die Schaffung von austauschbaren Werkstückträgern und deren Handhabung mit einem Fördersystem außer einer Verkettung der Fertigung auch eine Reduzierung der Rüst­ zeiten ermöglicht wird, da sich Werkstückträger gleich­ zeitig neben der Bearbeitung anderer Werkstücke mit Werk­ stücken bestücken oder aber abräumen lassen.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Portalwerkzeugmaschine in einer schematischen, perspektivischen Gesamtdarstellung mit dem peri­ pheren Fördersystem,

Fig. 2 den Werkzeugkopf in perspektivischer Darstellung.

Die Portal-Poliermaschine weist ein Traggerüst 10 auf, des­ sen paarweise zusammengehörige Tragsäulen 11, 12 von eine Laufbahn bildenden Trägern 13, 14 überbrückt sind. Diese Träger 13, 14 sind in den jeweiligen Endbereichen der Laufbahn durch Querstreben 15 miteinander fest verbunden. Auf den die Laufbahn bildenden Trägern 13, 14 ist eine in Richtung der X-Achse verschiebbare Tragbrücke 16 ge­ führt, die in bekannter Weise durch beispielsweise einen Zahnstangentrieb, einen Spindeltrieb od. dgl. verfahrbar ist. An der Tragbrücke 16 ist ein Lagerarm 17 gehaltert, der in Richtung der Y-Achse an der Tragbrücke 16 verschiebbar ist. Auch der Antrieb zur Verschiebung des Lagerarmes 17 gegen­ über der Tragbrücke 16 kann in bekannter, vorgenannter Weise erfolgen. Der Lagerarm 17 trägt einen Kopfhalter 18, der in Richtung der Z-Achse gegenüber dem Lagerarm 17 verschieb­ bar ist. Während die X-Achse und die Y-Achse in horizontaler Richtung verlaufen, handelt es sich bei der Z-Achse um eine Vertikalachse, so daß der Kopfhalter 18 räumlich bewegbar ist. Der Kopfhalter 18 ist außerdem um die Vertikalachse Z noch schwenkbar und weist an seinem galgenartigen Ende unterhalb des Lagerarmes 17 ein Schwenklager 19 auf, an welchem der Werkzeugkopf 20 um die horizontale Achse RX schwenkbar gelagert ist.

Unterhalb dieses Werkzeugkopfes 20 befindet sich der Werk­ stücktisch 21, auf dem ein in Fig. 1 in strichpunktierten Linien angedeuteter, rahmenförmiger, palettenartiger Werk­ stückträger 22 aufgesetzt werden kann. Dem Werkstücktisch 21 ist eine beispielsweise in bekannter Weise als Kettenförderer ausgebildete Fördereinrichtung 23 zugeordnet, mit deren Hilfe der Werkstückträger 22 von einer der Portalwerkzeugmaschine nebengeordneten Kippstation 24 über eine Übergabestation 25 dem Werkstücktisch 21 zugeführt werden kann. Neben der Übergabestation 25 befindet sich eine Zwischenstation 26, auf welcher Werkstückträger 22 abgelegt werden können.

Der in Fig. 2 gegenüber Fig. 1 vergrößert schematisch dar­ gestellte Werkzeugkopf 20 ist mit einer um die horizontale Achse RX schwenkbaren Schwinge 27 am Kopfhalter 18 ge­ lagert. Diese Schwinge 27 ist über eine zwischengeschaltete Eigengewicht-Kompensationseinheit 28 mit einem Träger 29 verbunden, an dem ein Getriebe 30 mit einem daran ange­ flanschten Servomotor 31 gehaltert ist. Die Antriebswelle des Getriebes 30 bildet gleichzeitig auch die Achse der aus mehreren Einzelscheiben zusammengesetzten Polierscheibe 32. Die mit der Antriebswelle des Getriebes 30 teleskopierbar verbundene Achse der Polierscheibe 32 ist mit einem Druck­ mittelzylinder 33 wirkverbunden, durch welchen der Polier­ scheibe 32 außer der vom Servomotor 31 erzeugten Drehbe­ wegung eine oszillierende Bewegung erteilt werden kann. Ob­ schon es sich bei dem Servomotor 31 um einen Elektromotor handeln könnte, ist es doch insbesondere aus Gründen der Gewichtseinsparung vorteilhaft, diesen Servomotor 31 als Hydraulikmotor auszubilden. In diesem Fall ist auch der die Oszillationsbewegung der Polierscheibe 32 bewirkende Druck­ mittelzylinder 33 vorteilhaft als Hydraulikzylinder ausge­ bildet.

Die Verbindung zwischen der Schwinge 27 und dem Träger 29 des Werkzeugkopfes erfolgt vorteilhaft durch eine Schlitten­ führung 34. Die Kompensation des Eigengewichtes von Getriebe 30, Servomotor 31, Druckmittelzylinder 33 und Polierscheibe 32 erfolgt über Pneumatikzylinder 35, die am Träger 29 fest­ gelegt sind und mit jeweils ihrer Kolbenstange an der Schwinge 27 angreifen.

Durch eine CNC-Steuerung des Werkzeugkopfes läuft der Polier­ vorgang entsprechend dem eingegebenen Programm automatisch ab. Die Steuerung erfolgt über 5 Achsen, nämlich über die X-Achse, die Z-Achse und die Y-Achse in linearer Weise, während um die vertikale Z-Achse und um die horizontale RX-Achse Schwenk­ bewegungen möglich sind. Nach Programmierung der Portalwerk­ zeugmaschine kann ein Testlauf gefahren werden, um die Qualität der Polierbahn überprüfen und ggf. korrigieren zu können. Der programmiert gesteuerte Reversierbetrieb der Polierscheibe 32 erfolgt unter Einsatz eines Proportional­ ventiles, wodurch eine schonende, zeitoptimierte Drehrich­ tungsumkehr möglich wird. Die Oszillation der Polierscheibe 32 ist für zwei verschiedene Hübe programmierbar, wobei die Oszillationsfrequenz über ein Proportionalventil einstellbar ist. Außerdem erfolgt eine automatische, programmunabhängige Kompensation des Polierscheibenverschleißes durch eine Drei­ punktsteuerung, wobei der Werkzeugkopf über die Z-Achse proportional zur Scheibenradiusverminderung nachgeführt wird.

Wie bereits erwähnt, gibt die dargestellte und vorbeschriebene Ausführung die Erfindung nur beispielsweise wieder, die keines­ falls allein darauf beschränkt ist. Es sind vielmehr noch mancherlei andere Ausführungen und Ausgestaltungen der Er­ findung denkbar. Alle in der Beschreibung erwähnten und/oder in der Zeichnung dargestellten neuen Merkmale sind erfin­ dungswesentlich, auch wenn sie in den Ansprüchen nicht aus­ drücklich beansprucht sind.

Bezugszeichenliste

10 Traggerüst
11 Tragsäule
12 Tragsäule
13 Träger
14 Träger
15 Querstrebe
16 Tragbrücke
17 Lagerarm
18 Kopfhalter
19 Schwenklager
20 Werkzeugkopf
21 Werkstücktisch
22 Werkstückträger
23 Fördereinrichtung
24 Kippstation
25 Übergabestation
26 Zwischenstation
27 Schwinge
28 Eigengewicht-Kompensationseinheit 29 Träger
30 Getriebe
31 Servomotor
32 Polierscheibe
33 Druckmittelzylinder
34 Schlittenführung
35 Pneumatikzylinder

Claims (4)

1. Portalwerkzeugmaschine, insbesondere zum Polieren von an einem ortsfesten Werkstücktisch festgelegten Werk­ stücken, wobei ein Werkzeugkopf in zwei horizontalen Achsen und in einer vertikalen Achse mittels separater Servomotoren translatorisch bewegbar und um die ver­ tikale Achse auch schwenkbar ist, sowie am Werkzeug­ kopf eine in ihrer Achsrichtung oszillierend beweg­ bare Polierscheibe gelagert ist, der eine am Werkzeug­ kopf befindliche Poliermittelsprüheinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der um eine weitere horizontale Achse (RX) schwenk­ bewegliche Werkzeugkopf (20) eine Eigengewicht-Kompen­ sationseinheit (28) aufweist, die zwischen einen die Polierscheibe (32), das damit gekuppelte Getriebe (30) und den dieses antreibenden Servomotor (31) aufnehmenden Träger (29) und eine um die horizontale Achse (RX) schwenkbare Schwinge (27) geschaltet ist,
daß die oszillierende Bewegung der Polierscheibe durch einen in Bezug auf Amplitude und Frequenz der Oszilla­ tionsbewegung programmierbaren und/oder über Propor­ tionalventile steuerbaren Druckmittelzylinder (33) erzeugbar ist,
und daß die Bewegungen des Werkzeugkopfes (20) CNC- gesteuert sind.

2. Portalwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die Oszillationsbewegung erzeugende Druckmittelzylinder (33) als Hydraulikzylinder ausge­ bildet ist.

3. Portalwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die Polierscheibe (32) antreibende Servomotor (31) als Hydraulikmotor ausgebildet ist.

4. Portalwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Eigengewicht-Kompensationseinheit des Werkzeugkopfes (20) wenigstens einen einer Schlitten­ führung (34) des Trägers (29) von Polierscheibe (32) , Getriebe (30) und Servomotor (31) parallelgeschalteten, regelbaren und programmierbaren Pneumatikzylinder (35) umfaßt.