DE4237024A1 - Verfahren zum Putzen und Bearbeiten von Gußteilen sowie Putz- und Bearbeitungsanlage für Gußteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Putzen und Bear­ beiten von Gußteilen nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 und eine Putz- und Verarbeitungsanlage für Gußteile nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.

Metallgußteile werden bekanntlich so hergestellt, daß

• - zunächst das Formen und Gießen erfolgt,
• - dann das Gußputzen ggf. mit Entgraten, Nachbearbeiten usw. und schließlich
• - das mechanische Weiterbearbeiten, welches die Schritte des Entgratens, Fertigmachens usw. umfassen kann.

Das Gußputzen mit Entgraten und Nachbearbeiten wird häufig manuell ausgeführt. Eine begrenzte Mechanisierung dieser Arbeitsvorgänge wird vorzugsweise durch den Einsatz von ungezielten Bearbeitungsverfahren erreicht.

Diese Verfahren konzentrieren den Bearbeitungsvorgang nicht gezielt und örtlich abgegrenzt auf bestimmte genau definier­ bare Stellen des Gußteiles. Es wird die gesamte Oberfläche des Teiles mitbeeinflußt, was oft bestimmte Nachteile in Bezug auf die Qualität der Teile zur Folge hat.

Solche Verfahren sind z. B. Gleitschleifen, Sandstrahlen, thermisches Entgraten usw. Sie lassen sich nur schwer in ein automatisches Fertigungs-System integrieren.

Es wurde auch versucht, zum Gußputzen und Entgraten sogenann­ te gezielte Bearbeitungsverfahren einzusetzen. Diese lassen sich gezielt und scharf abgegrenzt auf bestimmte genau definierbare Stellen des Gußteiles richten.

Solche Verfahren sind z. B. Schleifen, Bürsten, Fräsen, Schaben, Senken, Bohren, Drehen, Erodieren usw.

Der Einsatz der gezielten Verfahren zum Gußputzen und Entgraten blieb bisher sehr begrenzt, weil ihre Wirtschaft­ lichkeit im Vergleich zur Handarbeit häufig unbefriedigend war. Ihr Vorteil liegt in der guten Qualität der bearbeite­ ten Teile und in der Möglichkeit, sie problemlos in einen automatisierten Fertigungsablauf zu integrieren.

Die beim Gußputzen angestrebte Bearbeitungsgenauigkeit liegt in der Größenordnung von ca. 1/10 mm.

Die mechanische Weiterbearbeitung der geputzten Gußteile, die genauigkeitsmäßig im µ-Bereich liegt, erfolgt üblicher­ weise in einem örtlich getrennten Produktionsbereich und sehr häufig erst beim Abnehmer der Gußteile selbst. Das Entgraten und Fertigmachen der mechanisch bearbeiteten Werk­ stücke wird häufig manuell ausgeführt oder aber wiederum durch ungezielte Bearbeitungsverfahren. Der Einsatz geziel­ ter Bearbeitungsverfahren blieb bisher gering.

Nachteilig an dieser Vorgehensweise zur Herstellung von bearbeiteten Gußstücken ist, daß jedes Gußteil bis zu seiner Fertigstellung viele Arbeitsplätze anlaufen muß, die für die Ausführung der verschiedenen Arbeitsvorgänge spezialisiert sind. Eine einer bestimmten Fertigungslosgröße entsprechende Anzahl von Gußteilen wird von Arbeitsplatz zu Arbeitsplatz transportiert und lagert dort vor und nach der Bearbeitung. Der Materialfluß und die Steuerung des Produktionsprozesses werden zu einem gravierenden Problem. Es entstehen lange Auftrags-Durchlaufzeiten mit hoher Kapitalbindung in den Durchlaufmengen.

Die Verwaltungszeiten pro Auftrag und die Lieferzeiten sind daher in vielen Fällen unzumutbar lang. Aufgrund der Viel­ falt der verschiedenen Arten von Gußteilen bleibt die Mechanisierung manueller Tätigkeiten und die Automatisierung der Produktion in einem so bescheidenen Rahmen, daß die Effizienz der bekannten Vorgehensweise gering ist. Das führt zu hohen fixen und variablen Kosten.

Die Lieferung einbaufertiger Gußteile direkt aus der Hand der Gießerei zu festen Terminen ist auf diese Weise häufig weder technisch noch organisatorisch noch wirtschaftlich ohne erhebliche Probleme realisierbar.

Die Metallgußwerke liefern im allgemeinen nur geputzte Guß­ teile, die dann im Betrieb des Abnehmers noch fertig bearbeitet werden müssen. Nur in einfachen Fällen oder mit hohen Bearbeitungskosten und großem Verwaltungsaufwand kön­ nen Gußteile auch schon im Metallgußwerk endgültig fertigge­ stellt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gießereispezi­ fisches Automatisierungskonzept zu schaffen, das auf die Forderung nach wirtschaftlicher Herstellung und prompter Lieferung einbaufertiger Teile aus der Hand des Metallguß­ werkes optimiert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der kennzeich­ nenden Teile der Patentansprüche 1 und 6 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösungskonzept stellt also die Ausführung fast aller zur kompletten Fertigstellung eines Gußteiles notwendigen Bearbeitungs-, Transport- und Handhabungsvorgänge in einem flexiblen und modular aufge­ bauten Guß-Komplett-Bearbeitungssystem sicher, wobei bewußt eine Aufgliederung in drei Funktionseinheiten vorgenommen wird, nämlich eine Gußputz-Einheit für das Gußputzen und Entgraten der rohen Gußteile, eine Gußbearbeitungs-Einheit für die mechanische Weiterbearbeitung der geputzten Gußteile und das Entfernen der Bearbeitungsgrate sowie eine Teile- Belade-Einheit, in der die zur Erzielung eines automatischen Fertigungsablaufes notwendigen Transport- und Handhabungsauf­ gaben ausgeführt werden.

Auf diese Weise kann ein Metallgußwerk bzw. eine Gießerei in einem prinzipiell immer gleichbleibenden Fertigungsablauf einbaufertige Gußteile herstellen

• - in Sand-, Kokillen- und Druckguß,
• - in verschiedenen Metallegierungen,
• - in unterschiedlicher Größe und Geometrie,
• - mit unterschiedlichem Bearbeitungsumfang und/oder
• - aufgrund von unterschiedlichen Bearbeitungsverfahren und auch mit unterschiedlicher Genauigkeit.

Die Gußteile können dabei von kleinsten bis größten Stück­ zahlen bzw. Fertigungslosgrößen bei schneller Reaktion auf technische Änderungswünsche, Dispositionsänderungen usw. der Abnehmer und mit kürzesten Lieferfristen wirtschaftlich gefertigt werden.

Vor und nach dem Gesamtsystem können zusätzliche Teile- Transport-Einheiten angeordnet werden, welche das System mit zusätzlichen Arbeitsplätzen koppelt und in den übergeord­ neten Produktionsablauf integriert.

Falls es in besonderen Ausnahmefällen technisch unmöglich ist, bestimmte Arbeitsvorgänge in das Fertigungssystem zu integrieren oder davor oder danach auszuführen, kann eine Zwischenbearbeitungsstation vorgesehen werden. Eine zusätz­ liche Teile-Belade-Einheit entnimmt die Gußteile dann aus dem System und führt sie automatisch wieder dahin zurück.

Die Realisierung des automatischen Systems erfordert die möglichst weitgehende Mechanisierung, insbesondere der beim Gußputzen und Entgraten bisher häufig üblichen manuellen Tätigkeiten. Angestrebtes Fertigungsziel ist es, in einem unterbrechungsfreien Fertigungsablauf einbaufertige Gußteile weitgehend automatisch zu produzieren. Durch das gewählte Automatisierungskonzept ergibt sich ein Gesamt-Prozeßablauf, wie er in den Patentansprüchen beschrieben ist.

Der im Einzelfall praktisch realisierte Ablauf richtet sich immer nach den Erfordernissen des gerade hergestellten speziellen Gußteils. Aufgrund des erfindungsgemäßen Modul-Systems werden nur diejenigen Module eingesetzt, die tatsächlich erforderlich sind. Die Anzahl der Arbeitsstatio­ nen, z. B. in der Gußbearbeitungs-Einheit richtet sich nach der Zahl der Arbeitsgänge und nach der Fertigungslosgröße.

Das Gesamtsystem ist wie folgt modular gegliedert in:

1. Funktions-Einheiten,
2. Funktions-Gruppen innerhalb der Funktions-Einheiten;
3. Baugruppen innerhalb der Funktions-Gruppen.

Welche Einheiten erfindungsgemäß vorgesehen sind und wie Funktionsgruppen in einzelnen Einheiten unterteilt sind, ist der folgenden Gliederung zu entnehmen:

Gußteile-Fertigungs-System

Modulare Gliederung

Die modulare Aufteilung der Funktions-Einheiten in Baugruppen ist hier nicht im einzelnen dargestellt.

Sie ergibt sich bei der konstruktiven Festlegung aus der Forderung auch die Funktions-Gruppen möglichst weitgehend modular zu gliedern; beispielsweise würde der Paletten-Transport 2.1 eingeteilt in die Baugruppen

2.1.1 Endstück
2.1.2 Mittelstück
2.1.3 Antriebselemente
2.1.4 NC-Rundtisch.

Zweck dieser Aufteilung ist in diesem Fall z. B. die Anzahl der Arbeits-Stationen des Paletten-Transportes entsprechend der Fertigungslosgröße variieren zu können.

Es werden von den Modulen mehrere Leistungsgrößen gebildet, um Gußteile mit erheblich unterschiedlicher Dimension wirt­ schaftlich bearbeiten zu können.

Dabei sind die Module als Grundelemente in jeder Leistungsgröße prinzipiell gleich aufgebaut; d. h. sie unterscheiden sich nur in ihrer Größe.

Bestimmte Module von Funktionsgruppen sind in mehreren Leistungsgrößen verwendbar.

Es können so zusammengestellt werden:

• 1. verschiedene Funktions-Einheiten; z. B. 2 Gußputzeinheiten zu einer Gußbearbeitungs-Einheit,
• 2. verschiedene Funktions-Gruppen in den Einheiten; z. B. zwei Arbeitsroboter in einer Gußputzeinheit oder in einer Gußbearbeitungs-Einheit 1 bis 7 Arbeits-Stationen.
• 3. verschiedene Baugruppen in den Funktions-Gruppen; z. B. eine Arbeits-Station mit nur einer NC-Positionier­ einrichtung und nur einem Werkzeug-Antrieb.
• 4. Funktionsgruppen aus kleinen Leistungsgrößen in großen Funktions-Einheiten; z. B. kleine Werkzeug-Antriebe in großen Gußbearbei­ tungs-Einheiten.
• 5. Funktions-Einheiten aus verschiedenen Leistungsgrößen; z. B. eine kleine Gußbearbeitungs-Einheit mit einer großen Gußputzeinheit.

Die modulare Gliederung ist für die Wirtschaftlichkeit des Systems von entscheidender Bedeutung. Aus den Modulen lassen sich spezielle Fertigungs-Systeme bilden, die für die jeweilige Fertigungs-Aufgabe optimal angepaßt sind.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; es zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer erfindungsge­ mäßen Putz- und Bearbeitungsanlage für Gußteile,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gegenstandes der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 in einer zu Fig. 1 analogen, jedoch stark schematisierten Ansicht den Prozeßablauf gemäß der Erfindung.

Nach Fig. 1 werden die jeweils nur schematisch angedeuteten Gußteile 11 im Anschluß an den Gießvorgang aus einem Magazin 68 oder dergleichen zunächst einer Vorbearbeitungsstation 62 zugeführt, wo gewisse Vorarbeiten wie z. B. das Entfernen der Angüsse und Steiger durch Stanzen ausgeführt werden können.

Nach dem Durchlaufen der Vorbearbeitungsstation 62 übernimmt ein Zulieferförderer 45 die Gußteile 11 und transportiert diese entlang einer Seite einer Gußputzstation 12 parallel zu einer Hauptfördervorrichtung 52 zu einem Greif-Transport- Mittel 85 in Form eines auch als Handhabungs-Roboter zu bezeichnenden Portal-Transport- und Greifvorrichtung. Ein Portalträger 54 erstreckt sich quer zur Hauptförderrichtung 52 von der Übergabestelle 55, wo die Gußteile 11 auf die Greif-Transportmittel übergeben werden, entlang einer Guß- Putzstation 12 zu einer Übergabestelle 56, wo fertig bear­ beitete Gußteile 11 auf einen Abtransportförderer 46 über­ geben werden, der sich auf der entgegengesetzten Seite der Guß-Putzstation 12 wie der Zulieferungsförderer 45 ebenfalls parallel zur Hauptförderrichtung 52 erstreckt. An den Abtransportförderer 46 schließt sich eine Nachbearbei­ tungsstation 63 an, wo z. B. ein Trowalisieren stattfinden kann. Von dort werden die fertigen Gußteile einem Ausgabe­ magazin bzw. einer Ausgabestation 69 zugeführt.

Nach Fig. 1 und 2 befinden sich auf dem Portalträger 54 hintereinander zwei verschiebbare Laufwagen 70, in welchen eine höhenverstellbare Tragsäule 71 gelagert ist, die an ihrem unteren Ende einen um 360° verschwenkbaren Tragarm 72 tragen, dessen freies Ende unten mit einem Greifer 73 versehen ist. Infolge der linearen Verfahrbarkeit der Laufwagen 70 auf dem Portalträger 54 in Verbindung mit der 360°-Schwenkbarkeit der Tragarme 72 ergibt sich ein Arbeitsbereich für die Greifer 73 innerhalb der strichpunktierten Linien 74.

Dimensionierung und Funktion der einzelnen Bauelemente ist derart, daß der Greifer 73 des ersten Halters 70 an der Übergabestelle 55 Gußteile 11 übernehmen und dann zum Eingang 47 der Guß-Putzstation 12 transportieren kann, wo die Übergabe an ein der Guß-Putzstation 12 zugeordnetes Transport-Haltemittel 13 erfolgt. Weiter übernimmt der Greifer 73 an der zweiten Tragsäule 71 vom Ausgang 48 der Guß-Putzstation 12 geputzte Gußteile 11 und überführt sie zu einer auf der entgegengesetzten Seite wie die Guß-Putz­ station 12 angeordneten Gußbearbeitungsstation 86. Der Greifer 73 des zweiten Laufwagens 70 hat auch die Funktion, die in der Gußbearbeitungsstation 86 weitgehend fertig bearbeiteten Gußteile zu übernehmen und zur Übergabestelle 56 des Abtransportförderers 46 zu transportieren.

Die Guß-Putzstation 12 weist auf einer Seite der Mittel­ längsachse 75 der Gesamtanordnung eine sich parallel zur Hauptförderrichtung 52 erstreckende Reihe von Gußputzstellen 23, 24, 25, 26, an der vom Greif-Transportmittel 85 abgewandten Stirnseite eine weitere Guß-Putzstelle 27 und auf der entgegengesetzten Seite der Mittellängsachse 75 eine spiegel­ bildliche Anordnung von Gußputzstellen 28, 29, 30, 31 auf.

An jeder Gußputzstelle 23 bis 31 befinden sich geeignete Putzwerkzeuge 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 bzw. 22, die motorisch angetrieben werden können.

Die Transport-Haltemittel 13 der Guß-Putzstation 12 befinden sich oberhalb der Gußputzstellen 23 bis 31 und weisen einen sich senkrecht zur Hauptförderrichtung 52 bzw. zur Mittel­ längsachse 75 erstreckenden Portalträger 53 auf, dessen beide Enden auf parallel zur Mittellängsachse 75 verlau­ fenden Tragschienen 76 in Hauptförderrichtung 52 verfahrbar lagern. Der Portalträger 53 trägt eine in seiner Längsrich­ tung verschiebbaren Laufwagen 77, der seinerseits eine auf- und abfahrbare Tragsäule 78 aufnimmt, welche an ihrem unteren Ende mit einem Greifer 79 versehen ist.

Der Greifer 79 kann am Eingang 47 dort vom Greifer 73 abgesetzte Gußteile 11 ergreifen und sukzessive zu den einzelnen Gußputzstellen 22 bis 29 fahren, wo er anhält, bis die dort durchzuführende Grobbearbeitung beendet ist.

Die Spanleistung der einzelnen Gußputzwerkzeuge 12 kann z. B. bis ca. 1 kW betragen.

Die gesamte Gußputzstation 12 ruht auf einem Grundgerüst 80.

Am Ausgang 48 setzt der Greifer 79 der Transport-Haltemittel 13 das geputzte Gußteil 11 ab, und dieses wird anschließend vom zweiten Greifer 73 des Greif-Transportmittels 85 über­ nommen. Der Greifer 73 wird dann mittels des Tragarmes 72 entsprechend der Kreisbahn 91 in Fig. 1 geschwenkt und durch gleichzeitiges Verfahren auf dem Portalträger 54 an den Eingang 50 der Gußbearbeitungsstation 86 befördert. Dort wird das geputzte Gußteil 11 auf einer zunächst in ihrer Horizontalstellung (H in Fig. 2) befindlichen Schwenk-Spann­ palette 32 abgesetzt und von dieser eingespannt gehalten.

Anschließend wird dann die Schwenk-Spannpalette 32 um eine Achse 81 um 90° nach unten in eine Vertikalposition (V) geschwenkt.

Die Schwenk-Spannpalette 32 stellt eine Präzisionseinspann­ vorrichtung dar, welche das Gußteil 11 spannt und um eine Wegerstreckungsachse 57 um 360° schwenkbar hält.

Der Bereich, innerhalb dessen sich die Bearbeitungs-Stellen der Gußteile 11 befinden müssen, um von den Werkzeugen bearbeitet werden zu können, ist in den einzelnen Figuren mit 82 bezeichnet.

Der Grundkörper 83 der Schwenk-Spannpaletten 32 ist an einem Endlosförderer 58 befestigt, der zwei gegenüberliegende halbkreisförmige Bereiche 58′, 58′′ und zwei sich auf entgegengesetzten Seiten der und parallel zur Mittel Längsachse 75 erstreckende geradlinige Trümer 58′′′, 58′′′′ besitzt.

Der Endlosförderer 58 mit den daran angeordneten Bauele­ menten stellt eine Präzisions-Förder-Haltevorrichtung 49 dar.

Die Schwenk-Spannpaletten 32 sind in gleichmäßigen Abständen am Endlosförderer 58 befestigt und können von diesem zu Präzisionsbearbeitungsstellen 38, 39, 40, 41 bzw. 42 befördert werden.

An jeder dieser Stellen befindet sich eine Präzisions-Werk­ zeuganordnung 33, 34, 35, 36 bzw. 37, von denen in Fig. 1, 2 und 3 nur jeweils eine detailliert dargestellt ist, während die übrigen nur durch entsprechend numerierte Kästchen angedeutet sind.

Nach Fig. 3 ist die Schwenk-Spannpalette 32 von der Welle eines um die Wegerstreckungsachse 57 um 360° drehbaren Stellmotors 83 getragen. Vor dem Gußteil 11 und darüber befindet sich jeweils eine numerisch gesteuerte Arbeitsspin­ del 59 bzw. 60, welche an ihren vorderen Enden revolverartig angeordnete Einzelwerkzeuge 61 tragen. Die Werkzeuge sind in der in der Zeichnung angedeuteten Weise in Richtung aller drei Raumkoordinaten und zusätzlich um Schwenkwinkel 84 relativ zum Gußteil 11 verstellbar.

Wenn ein bestimmtes Gußteil 11 fertig bearbeitet ist, wird es an den nach Fig. 1 mit einem dem Eingang 50 identischen Ausgang 51 vom Greifer 73 übernommen und mittels des Greif- Transportmittels 85 zur Übergabestelle 56 befördert.

Sämtliche Komponenten der beschriebenen Gesamtanlage werden von einer zentralen Steuerungselektronik 64 (Fig. 1), vorzugsweise einer Mikroprozessor-Steuerung in gewünschter Weise gesteuert. Die Steuerungselektronik kann gesonderte Steuerungen für die Putzstation 12, die Gußbearbeitungs­ station 86 und die zum Spannen der Werkstücke benötigten verschiedenen Hydraulik-Aggregate enthalten.

In Fig. 1 ist auch noch angedeutet, daß von der Präzisions­ bearbeitungsstelle 38 eine gestrichelt angedeutete Transport-Halterungsvorrichtung 67 abzweigt, die zu einer Zwischenbearbeitungsstation 66 führt. In dieser Weise kann auch an anderen Stellen des Gesamtsystems ein zeitweises Herausnehmen eines Gußteils 11 und Zwischenbearbeiten an einer geeigneten Zwischenbearbeitungsstation wie 66 erfolgen.

Fig. 4 zeigt schematisch den bei der erfindungsgemäßen Anlage zum Putzen und Bearbeiten von Gußteilen vorgesehenen Prozeßablauf. ÜS1 bedeutet dabei "Übergabestation" und AS "Bearbeitungsstation".

In der Nachbearbeitungsstation kann ein Trovalisieren oder Sandstrahlen stattfinden. Die Arbeitsweise der beschriebenen Anlage ist wie folgt:

Die rohen Gußteile werden von dem Zulieferungsförderer 45 und dem Greif-Transportmittel 85 der Gußputzstation 12 zu­ geführt, wo an den Putzstellen 23 bis 31 sukzessive das Putzen vorgenommen wird. Anschließend übergeben das Transport-Haltemittel 13 der Gußputzstation 12 und das Greif-Transportmittel 85 die geputzten Gußteile 11 an die Gußbearbeitungsstation 86, wo an den verschiedenen Bearbei­ tungsstellen 38 bis 42 die Feinbearbeitung im µ-Bereich erfolgt. Die Spanleistung der Gußbearbeitungsstation 86 liegt bei 5 bis 10 kW.

Nach Abschluß der Bearbeitung werden die fertigen Gußteile an den Abtransportförderer 46 übergeben.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß das Gußputzen im allgemeinen das Abtrennen der Angüsse und Steiger sowie das Verschleifen dieser Abtrennflächen, das Beseitigen von Form­ graten und scharfen Kanten, das Glattschleifen von rauhen und unregelmäßigen Oberflächen und dergleichen umfaßt.

Die Bearbeitungsvorgänge in der Gußputzstation erfordern im allgemeinen geringe Spanleistung mit kleinen Reaktionskräf­ ten der eingreifenden Werkzeuge, keine besonders hohe Bearbeitungspräzision, schnelle und weiträumige Bewegung des Werkstückes, relativ zum Werkzeug oder umgekehrt sowie komplizierte räumliche Bewegungsbahnen, um an die verschie­ denen Grobbearbeitungsstellen zu gelangen.

Die mechanische Fertigbearbeitung dient im allgemeinen dazu, an bestimmten Stellen des Werkstückes besonders hohe Präzision und Oberflächengüte zu erzeugen. Die dazu notwen­ digen Arbeitsvorgänge erfordern sehr hohe Bearbeitungsge­ nauigkeit, hohe Spanleistung mit großen Reaktionskräften der eingreifenden Werkzeuge, genau definierte Positionier- und Vorschubbewegungen, die nicht sehr schnell ausgeführt werden können sowie häufig geradlinige Bewegung der Werkstücke bzw. Werkzeuge bei der Bearbeitung.

Die Anforderungen der Gußputzstation 12 lassen sich mit einem relativ steifen Arbeitsroboter mit fünf Freiheits­ graden, z. B. einem Portal-Roboter oder einem Stelzen- Roboter erfüllen. Die Bahngeschwindigkeit solcher Geräte liegt relativ hoch (bis ca. 5 m/sec). Die Systemgenauigkeit liegt unter 1/10 mm. Toleranzen im Mikrometerbereich sind damit nicht realisierbar, aber es können gewisse Teilauf­ gaben von Werkzeugmaschinen übernommen werden.

Für die Gußbearbeitungsstation 86 werden Genauigkeiten im Mikrometerbereich gefordert, die sich mit Konstruktionsprin­ zipien und Bauelementen aus dem Werkzeugmaschinenbau realisieren lassen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsge­ mäßen Anlage ist es vorteilhaft, nicht mehr streng zwischen Gußputz-Operationen und solchen der mechanischen Weiterverar­ beitung zu unterscheiden. Hier wird besser unterschieden zwischen Leichtbearbeitung in der Gußputzstation 12 und Genaubearbeitung in der Gußbearbeitungsstation 86. Der vorgeschlagene systemfähige modulare Aufbau der Gußteile- Fertigungssysteme dient vor allem der Optimalanpassung an die jeweilige spezifische Fertigungsaufgabe und die zweck­ mäßigerweise herzustellenden Chargen.

Das in der Zeichnung dargestellte System ist daher nur eine für eine spezielle Fertigungsaufgabe zusammengestellte Kombination verschiedener Module. Ausgangspunkt bei der Planung eines Systems ist die Fertigungsaufgabe an einem bestimmten Gußteil 11 oder einem Spektrum von Gußteilen, das in einer bestimmten Bestellmenge bzw. in bestimmten Losgrö­ ßen gefertigt werden soll. Die Kombination der einzelnen Module wird optimiert auf die Erzielung der niedrigsten Gesamtkosten.

Dabei wird zunächst der Arbeitsgang bzw. Teilarbeitsgang betrachtet, der im Vergleich zu den anderen Arbeitsgängen die längste Bearbeitungszeit erfordert. Für diesen Engpaß- Arbeitsgang wird der bestgeeignete Arbeitsmodul festgelegt.

Die Bearbeitungszeit für diesen Engpaß-Arbeitsgang bestimmt die Taktzeit der Anlage. Die zur Ausführung der weiteren Arbeitsgänge notwendigen Bearbeitungsmodule werden möglichst gut ausgelastet. Das ist machbar, indem in diesen Modulen soviele Arbeitsgänge nacheinander ausgeführt werden, bis die Taktzeit möglichst voll ausgefüllt ist. Diese Bearbeitungs­ module sind mit Werkzeugrevolvern oder anderen Werkzeugma­ gazinen ausgestattet, aus denen die zur Ausführung der ver­ schiedenen Arbeitsgänge notwendigen Werkzeuge bereitgestellt werden.

Die Anpassung an die gewünschten Fertigungsmengen läßt sich ebenfalls durch geeignete Auslegung des Systems erreichen. Im Prinzip wird man bei zunehmenden Mengen die Anzahl der Werkstücke, die simultan bearbeitet werden, erhöhen und möglichst viele Werkzeuge an jedem einzelnen Werkstück simultan in Arbeitseingriff bringen.

Bei kleinen Mengen wird man dagegen eine möglichst geringe Anzahl von Arbeitsstationen vorsehen, in denen die Arbeits­ gänge nacheinander ausgeführt werden.

Bei großen Stückzahlen wird man viele Arbeitsstationen anordnen, d. h. mit möglichst vielen Werkzeugen simultan bearbeiten.

Eine weitere Steigerung der Kapazität des Systems ist möglich, wenn z. B. bei kleineren Teilen auf jeder Spann­ palette 32 mehrere Werkstücke aufgespannt werden. An jeder Bearbeitungsstelle wird dann nur jeweils eines der aufge­ spannten Werkstücke bearbeitet und es werden soviele Stellen angelaufen, wie Werkstücke auf einer Palette aufgespannt sind.

Eine weitere Anpassungsmöglichkeit der Anlage an die jeweilige Fertigungsaufgabe ergibt sich aus der Unterteilung des Gesamtsystems in Teilsysteme. Dazu muß anstelle der traditionellen Unterscheidung zwischen "Gußputzen" und "mechanischem Bearbeiten" ein neues Konzept treten. Die zur kompletten Fertigstellung eines Werkstückes notwendigen Arbeitsgänge werden besser unterteilt hinsichtlich der geforderten Spanleistung und der Bearbeitungsgenauigkeit.

In der Gußputzstation 12 erfolgt daher bevorzugt die Leicht­ bearbeitung, d. h. es werden hier Arbeitsgänge mit geringer Spanleistung und geringen Genauigkeitsanforderungen ausge­ führt. In der Gußbearbeitungsstation 36 erfolgt dagegen die Genaubearbeitung, d. h. es werden hier Arbeitsgänge mit hohen Genauigkeitsanforderungen und/oder hoher Spanleistung ausgeführt.

Dabei werden in der Praxis sehr häufig Arbeitsvorgänge vor­ kommen, die sich in beiden Stationen ausführen lassen. Diese können so eingeplant werden, daß die Einheiten möglichst günstig ausgelastet sind.

So kann es z. B. vorteilhaft sein, in der Gußbearbeitungs­ station 86 an dem Gußteil zuerst die Steiger- und Angüsse mit hoher Spanleistung abzutrennen und im weiteren Verlauf die mechanische Genaubearbeitung durchzuführen. Erst danach wird das Teil der Gußputzstation 12 zugeleitet, wo dann z. B. sowohl die Guß- als auch die Bearbeitungsgrate entfernt werden.

Wenn keine hohen Genauigkeitsansprüche zu erfüllen sind, kann ein Teil unter Umständen allein in der Gußputzstation 12 fertiggestellt werden. In gleicher Weise kann es sich auch als wirtschaftlich erweisen, ein bestimmtes Gußteil 11 allein in der Gußbearbeitungsstation 86 zu bearbeiten. Die erste der beiden Bearbeitungsspindeln an jeder Bearbeitungs­ stelle kann dabei eine Genaubearbeitung und die zweite Entgrat- oder Putz-Arbeitsgänge ausführen.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführung der verschiedenen Arbeitsvorgänge zum Gußputzen und Entgraten mittels gezielter Verfahren wird eine ganz entscheidende Verbesserung der Wirtschaftlichkeit dieser Verfahren erreicht. Die einmal gewählte Ordnung der Teile wird sowohl für das Gußputzen als auch für das mechanische Weiterbear­ beiten beibehalten. Die Teiletransport- und Beladeeinrich­ tungen werden nur einmal benötigt und viele Bearbeitungsvor­ gänge werden simultan ausgeführt. Es entsteht ein Synergie- Effekt, der die Wirtschaftlichkeit des gezielten Gußputzens und Entgratens und darüber hinaus der Komplettbearbeitung von Gußteilen in neue Dimensionen rückt.

Wenn sich spezielle Arbeitsgänge aus technischen oder wirt­ schaftlichen Gesichtspunkten nicht günstig im System integrieren lassen, können diese gemäß Fig. 1 auch in einer Vorbearbeitungsstation 62 oder Zwischenbearbeitungsstation 66 oder Nachbearbeitungsstation 63 ausgeführt werden.

Das vorgeschlagene System ist in erster Linie an die Ver­ hältnisse und Anforderungen in einem Metallgußwerk angepaßt. Es läßt sich aber auch für verschiedene ähnlich gelagerte Produktionsaufgaben anwenden bzw. anpassen. Grundsätzlich ist es vorteilhaft anwendbar zur Bearbeitung von Werkstüc­ ken, bei denen neben spanabhebenden Bearbeitungsoperationen zusätzliche Arbeitsgänge wie Verschleifen, Entgraten, Fertigmachen usw. notwendig sind, um das Werkstück in den einbaufertigen Zustand zu bringen. Fertigungs-Strategie ist dabei immer die Herstellung einbaufertiger Werkstücke mit einer größeren Anzahl von verschiedenartigen Arbeitsgängen in einem einzigen System-Durchlauf.

Zusammenfassend besteht die Zielsetzung der Erfindung darin, ein modulares Fertigungssystem zur flexiblen Automatisierung und Mechanisierung der Komplett-Bearbeitung von Metallguß­ teilen 11 und ähnlichen Werkstücken zu schaffen, welches die Möglichkeit bietet, nicht nur die Fertigungskosten zu senken, sondern vor allem auch die fixen und variablen Gemeinkosten.

Claims (27)

1. Verfahren zum Putzen und Bearbeiten von Gußteilen, bei dem nach dem Gießen in einer Form ein genauigkeitsmäßig vorzugsweise im Zehntel-Millimeter-Bereich liegendes Gußputzen, wie das Abtrennen von Steigern, Verschleifen von Gußnähten, Entgraten usw.
und anschließend eine genauigkeitsmäßig vorzugsweise im µ-Bereich liegende Gußbearbeitung, wie Fräsen, Bohren, Senken, Drehen und anschließender Entgratung, erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gußteile (11) im Metallgußwerk in einem automati­ sierten Fertigungsablauf

• - zunächst zu einer oder mehreren parallel arbeitenden Gußputzstationen (12) befördert, dort an Transporthal­ temittel (13) übergeben und von mindestens einem und vorzugsweisen mehreren Putzwerkzeugen (14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) an mindestens einer Gußputzstelle und vorzugsweise mehreren Gußputzstellen (23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31) geputzt werden,
• - unmittelbar nach dem Abschluß des Putzvorganges an der letzten Putzstelle (31) von einem Greif- und Transport­ mittel (85) zu einer unmittelbar anschließenden Gußbe­ arbeitungsstation (86) befördert werden, und
• - dort von einer Präzisionseinspannvorrichtung (32) gehalten und von relativ zu letzterer präzise ausge­ richteten Präzisionswerkzeugsanordnungen (33, 34, 35, 36, 37) bearbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gußputzstation (12) und in der Gußbearbeitungs­ station (86) simultan mindestens jeweils ein Gußteil (11) geputzt bzw. bearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußteile (11) in der Gußputzstation (12) durch ein oder zwei Transporthaltemittel (13) für jeweils ein Gußteil (11) erfaßt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gußbearbeitungsstation (86) die Präzisions­ spannvorrichtungen (32) zu einer oder sukzessive zu mehreren Präzisions-Bearbeitungsstellen (38, 39, 40, 41, 42) befördert, dort angehalten und mit den dort vorgesehenen Werkzeuganordnungen (33, 34, 35, 36, 37) in Wechselwirkung gebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gußteil (11) an einer Präzisionsbearbeitungs­ stelle (38, 39, 40, 41, 42) entweder von einem oder gleich­ zeitig und/oder nacheinander von mehreren Werkzeugen (59, 60) bearbeitet wird.

6. Putz- und Bearbeitungsanlage für Gußteile (11) mit Trans­ portmitteln (13, 32, 45, 46, 49, 85) Putzwerkzeugen (14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) und Bearbeitungswerkzeugen (59, 60),
dadurch gekennzeichnet,
daß hintereinander vorgesehen wird

• - eine Gußputzstation (12) und evtl. auch mehrere, parallel zueinander geschaltete Gußputzstationen (12) mit einem Eingang (47), einem Ausgang (48) und Gußteil- Transport-Haltemitteln (13),
• - eine Gußbearbeitungsstation (86) und evtl. auch parallel zueinander zwei oder mehr Gußbearbeitungs­ stationen (86),
• - ein Greif-Transportmittel (85) zum Ergreifen und Trans­ portieren der Gußteile (11) zwischen den Eingängen (47, 50) und Ausgängen (48, 50) sowie Übergabestellen (55, 56),
• - eine anschließende Gußbearbeitungsstation (86) und evtl. auch parallel zueinander zwei oder mehr Gußbearbeitungsstationen (86) mit einem Eingang (50) und einem Ausgang (51) und

wobei die Greif-Transportmittel (85) die geputzten Gußteile (11) von der Gußputzstation (12) zu der Gußbearbeitungs­ station (86) und vorzugsweise auch die rohen Gußteile (11) zum Eingang (47) der Gußputzstation (12) sowie die fertig bearbeiteten Gußteile (11) vom Ausgang (51) der Gußbearbei­ tungsstation (86) weg fördern.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußputzstation (12) mehrere hintereinander ange­ ordnete Gußputzstellen (23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31) aufweist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußputzstellen (23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31) in einer und/oder der entgegengesetzten Hauptförderrichtung (52) hintereinander angeordnet sind.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Transport-Haltemittel durch eine Portal-Trans­ port-Haltevorrichtung (13) gebildet sind, welche die Gußteile (11) am Eingang (47) der Gußputzstation (12) ergreift und heben sowie senken und nacheinander zu den Gußputzstellen (23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31) befördern kann.

10. Anlage nach dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Portalträger (53) sich quer zur Hauptförder­ richtung (52) über zwei parallel zueinander im Abstand angeordnete Reihen von Putzstellen (23, 24, 25, 26 bzw. 28, 29, 30, 31) erstreckt, wobei vorzugsweise an der vom Greif-Transportmittel (85) abgewandten Stirnseite eine weitere Putzstelle (27) vorgesehen ist.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Greif-Transportmittel durch eine Portal- Transport-Haltevorrichtung (85) gebildet sind.

12. Anlage nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Portalträger (54) sich senkrecht zur Hauptförder­ richtung (52) über die Eingänge (47, 50) und Ausgänge (48, 51) der Gußputzstation (12) bzw. der Gußbearbeitungs­ station (86) und vorzugsweise auch bis zu den Übergabe­ stellen (55, 56) des Einganges (47) bzw. Ausganges (48) der Gußputzstation (12) erstreckt.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Präzisions-Förder-Haltevorrichtung (49) einen Endlosförderer (58) umfaßt.

14. Anlage nach dem Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Präzisions-Förder-Haltevorrichtung (49) Schwenk­ spannpaletten (32) als Präzisionseinspannvorrichtungen umfaßt, die am Endlosförderer (58) befestigt und aus am Eingang (50) bzw. Ausgang (51) von einer Horizontal­ position (H) in eine Vertikalposition (V) und umgekehrt schwenkbar sind.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußteile (11) von der Präzisions-Einspannvor­ richtung (32) so gehalten werden, daß sie sich von ihr, vorzugsweise vom Endlosförderer (58) radial nach außen, wegerstrecken und an den Präzisions-Bearbeitungsstellen (38, 39, 40, 41, 42) ungehindert mit den Präzisionswerkzeug­ anordnungen (33, 34, 35, 36, 37) in Wechselwirkung treten können.

16. Anlage nach dem Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußteile (11) um vorzugsweise 360° um die Weg­ erstreckungsachse (57) drehbar angeordnet sind.

17. Anlage nach dem Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens an einer Präzisions-Bearbeitungsstelle (38, 39, 40, 41, 42) wenigstens eine und vorzugsweise zwei numerisch gesteuerte Arbeitsspindeln (59, 60) vorgesehen sind, welche vorzugsweise mehrere revolverartig angeord­ nete Einzelwerkzeuge (61) aufweisen.

18. Anlage nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine numerisch gesteuerte Arbeitsspindel (59) vor dem an der Präzisionseinspannvorrichtung (32) gehaltenen Guß­ teil (11) angeordnet ist.

19. Anlage nach dem Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Arbeitsspindel (60) über dem an der Präzisions- Einspannvorrichtung (32) gehaltenen Gußteil (11) angeord­ net ist.

20. Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsspindel (59, 60) in den drei Raumkoordi­ naten vorzugsweise in jeder Ebene aus der Normalstellung herausschwenkbar sind, und zwar vorzugsweise um 45° in jeder Richtung.

21. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zulieferungsförderer (45) eine Vorbereitungs­ station (62) und/oder nach dem Abtransportförderer (46) eine Nachbearbeitungsstation (63) vorgesehen ist.

22. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Steuerungselektronik (64), insbesondere ein geeignet programmierter Mikrocomputer, vorgesehen ist, mit welchem die Funktionen aller Stationen (12, 62, 63, 86), Transportmittel (13, 32, 45, 46, 49, 85) und Werkzeuge (14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23; 33, 34, 35, 36, 37) koordiniert ausgelöst werden.

23. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenbearbeitungsstation (66) vorgesehen ist, der eine Transport-Haltevorrichtung (67) die an irgend­ einer bestimmten Stelle der Anlage entnommenen Gußteile (11) zuführt und von der die Transport-Haltevorrichtung (67) die zwischenbearbeiteten Gußteile (11) wieder der Anlage zuführt.

24. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine modulare Gliederung in Funktionseinheiten wie folgt vorliegt:

• - Gußputzeinheit (Gußputzstation 12);
• - Teiletransporteinheit (Greif-Transportmittel 85);
• - Gußbearbeitungseinheit (Gußbearbeitungsstation 86);
• - vorzugsweise Steuerungseinheiten (Steuerelektronik 64);
• - vorzugsweise externe Einheiten (62 Vorbearbeitungs­ station, 63 Nachbearbeitungsstation, 66 Zwischenbear­ beitungsstation).

25. Anlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionseinheiten in Funktionsgruppen wie folgt modular gegliedert sind;

• - die Gußeinheit in
  • - Arbeitsroboter;
  • - Gestell;
  • - Werkstückpositionierstationen;
  • - Werkzeugantriebe;
• - die Teiletransporteinheit in
  • - Teiletransport-Einrichtungen;
  • - Teilebelade-Einrichtungen;
• - die Gußbearbeitungseinheit in
  • - Paletten-Transport;
  • - Arbeitsstationen;
  • - Übergabe-Station;
  • - Portal;
• - NC-Positionier-Einrichtung in
  • - X, Y, Z und Umfangsrichtung;
  • - Werkzeug-Antrieb "Zerspanen";
  • - Werkzeug-Antrieb "Hochfrequenz";
• - die vorzugsweise vorhandenen Steuerungs-Einheiten in
  • - elektrische Steuerung "Putzeinheit";
  • - elektrische Steuerung "Bearbeitungs-Einheit";
  • - hydraulische Steuerung "Bearbeitungs-Einheit";
  • - elektrische Steuerung "Gesamtanlage";
• - und vorzugsweise die externen Einheiten in
  • - Vorbearbeitungsstation;
  • - Nachbearbeitungsstation;
  • - Zwischenbearbeitungsstation.

26. Anlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsgruppen in Baugruppen modular gegliedert sind.