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Die
Erfindung betrifft ein Bearbeitungssystem mit Vorschubschaltung
zur Durchführung
des Stanzens, Drückens,
Schneidens, Laminierens und anderer Bearbeitungen eines Werkstücks unter
Ausführung
der Bearbeitungsschritte jedes Verfahrens in einem Satz von Vorrichtungen,
wobei das Werkstück aufeinanderfolgend
durch Vorwärtsschalten
dem nachfolgenden Verfahrensschritt zugeführt wird, damit eine neue Bearbeitung
des Werkstücks
erfolgen kann, und wobei die gesamten Bearbeitungsschritte in einem
Endverfahren vervollständigt
werden. Ein Bearbeitungssystem mit Vorschubschaltung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus EP-A0538725 bekannt.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
Herstellung eines Blechproduktes von vorherbestimmter Form durch
Stanzen, Drücken, Pressen
und andere Bearbeitungsschritte des Blechs als eines Baumaterials
ist bisher notwendigerweise in mehreren Verfahren erfolgt. Wenn
eine große Menge
eines derartigen Metallblechs verarbeitet werden soll, besteht eine
herkömmlicherweise
angewandte Herstellungspraxis darin, daß eine Bearbeitung gemäß jedem
Herstellungsschritt individuell mit einem Werkstück in einem einzigen Teil der
Bearbeitungsanlage erfolgt, das Werkstück aufeinanderfolgend der nächsten Stufe
durch Schalten zugeführt wird,
damit dort eine weitere Bearbeitung erfolgt, und die Bearbeitung
in der Endstufe vollendet wird. Diese Art von Bearbeitungsanlage,
welche als mehrstufig bezeichnet wird, besitzt den Vorteil von extrem
hoher Wirksamkeit, da ein Stück
eines Metallblechs, beispielsweise bei jeder Betätigung einer Presse erhalten
werden kann.
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Die
herkömmliche
Art einer Vorschub-Bearbeitungsanlage besitzt, wie oben beschrieben,
die Vorteile einer hohen Produktionsgeschwindigkeit, einer kurzen
Zeitdauer von der Zu führung
eines Werkstückes
bis zur Vervollständigung
der gesamten Bearbeitungsschritte, einer geringeren erforderlichen Verfahrensarbeit
bei den Zwischenstufen einer Druckumformung sowie der Massenproduktion
mit einer geringen Anzahl an Arbeitern. Andererseits besitzt sie
die folgenden Nachteile. Da ihr Aufbau in einer einzelnen Form zahlreiche
Stempel/Matrizen-Paare aufweist, ist die Konstruktion der Form außerordentlich
komplex, erfordert eine Präzisions-Formherstellungstechnik,
lange Herstellungszeiten und einen riesigen Betrag an Herstellungskosten.
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Des
weiteren erfordert die Reparatur und bzw. oder Einstellung einer
teilweise beschädigten Form
den Abbau der gesamten Form. Diese komplizierten Tätigkeiten
erfordern eine große
Menge Zeit und Arbeitskraft. Wenn außerdem ein System der Herstellung
spezieller Formen eingeführt
werden muß,
um leicht unterschiedliche Erfordernisse hinsichtlich des Aussehens
und der Abmessungen bestimmter Werkstücke bei einem kleinmaßstäblichen Herstellungssystem
für große Werkstücke zu erfüllen, werden
die Kosten für
die Form in unerwünschter Weise
erhöht,
wodurch es unmöglich
wird, das sogenannte flexible Herstellungssystem (FMS) einzuführen, welche
sich in letzter Zeit steigender Beliebtheit erfreut.
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Um
diese Schwierigkeiten zu beseitigen, sind vom Anmelder des vorliegenden
Patents Patentanmeldungen für
Metallbearbeitungssysteme mit Vorschubschaltung einfacher Bauart
eingereicht worden, die eine teilweise erfolgende Einstellung erleichtert
(beispielsweise japanische Patentanmeldung Hei-2(1990)-121760 oder japanische Patentanmeldung
Hei-2(1990)-121761).
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11 ist
eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für ein Metallbearbeitungssystem
mit Vorschubschaltung, auf dem die vorliegende Erfindung fußt. In 11 bezeichnen
die Bezugszahlen 100 bis 500 Bearbeitungseinheiten,
die auf einer Grundplatte 1 in Abständen von 2 P (P bedeutet den
Vorschubschritt eines – nicht
dargestellten – Werkstückes) beispielsweise
in der Beschickungsrichtung des Werkstückes angeordnet sind. Jede
der Bearbeitungseinheiten 100 bis 500 besitzt
ein Stempel/Matrizen-Paar, welches einer Vielzahl von Bearbeitungsmaßnahmen
entspricht, wie sie im folgenden unter Verwendung der Bearbeitungseinheit 100 als
Beispiel beschrieben werden.
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Die
Bezugszahl 101 bezeichnet den Körper einer Bearbeitungseinheit,
der praktisch U-förmig
ist und an seinem unteren Ende einen einstückig mit ihm ausgebildeten
Schwalbenschwanz 102 aufweist, welcher in eine Schwalbenschwanznute 103 eingreift,
die in der Grundplatte 1 vorgesehen ist, so daß eine Einstellung
vorgenommen werden kann, die es gestattet, den Körper 101 in die Beschickungsrichtung
des Werkstückes
zu bewegen, während
die Bewegung des Körpers 101 in
eine senkrecht zur Beschickungsrichtung des Werkstücks verlaufende Richtung
verhindert wird. Die Bezugszahl 104 bezeichnet eine Bewegungseinstell-Einrichtung
und die Bezugszahl 105 eine Klemme. Die Bezugszahl 106 bezeichnet
einen hydraulischen Zylinder, der am oberen Ende des Körpers 101 vorgesehen
ist, und die Bezugszahl 107 eine Stellungsbestimmungs-Einrichtung,
welche an der seitlichen Oberfläche
des hydraulischen Zylinders 106 angeordnet ist.
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Die
Bezugszahl 108 bezeichnet eine Kassette, die praktisch
U-förmig
ausgebildet ist, an dem Körper 101 abnehmbar
angeordnet ist und einen Stempel oder eine Matrize aufweist (beide
nicht dargestellt), die im oberen Teil davon senkrecht bewegbar
angeordnet sind, sowie eine Matrize oder einen Stempel, die das
Gegenstück
des zuvor erwähnten Stempels
oder der zuvor erwähnten
Matrize darstellen und im unteren davon Teil angeordnet sind. Die Kassette 108 wird
dadurch an Ort und Stelle gebracht, daß man sie mit Positionierteilen 309 und 310 in
Eingriff treten läßt, wie
bei der Bearbeitungseinheit 300 in der Zeichnung dargestellt.
Die Bezugszahl 111 bezeichnet eine Klemmschraube.
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Die
Kassette 108 kann also dadurch angebracht werden, daß man sie über die
Positionierteile (nicht dargestellt, vgl. Bezugszahlen 309 und 310 bei der
Bearbeitungseinheit 300) an dem Körper 101 montiert,
und an ihrer richtigen Stelle befestigt werden, indem man die Klemmschraube 111 anzieht. Nachdem
die Kassette 108 befestigt worden ist, wird ein (nicht
dargestellter) Betätigungsstab
des hydraulischen Zylinders 106 mit dem oben erwähnten senkrecht
bewegbaren Stempel oder der senkrecht bewegbaren Matrize verbunden.
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12 stellt
ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung
des Bearbeitungszustandes des Werkstücks dar, wobei (a) eine Draufsicht und (b) ein Querschnitt
davon ist. In den 11 und 12 sind gleiche
Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen, wobei die Bezugszahl 2 ein
Werkstück
bezeichnet, welches absatzweise mit dem Vorschubschritt P in der
durch den Pfeil bezeichneten Richtung vorwärts geschaltet wird. Das heißt, das
Werkstück 2 wird
zwischen einem Stempel/Matrizen-Paar, welches auf der Kassette 108 vorgesehen
ist, vorwärts
geschaltet (dasselbe bezieht sich auf die anderen Kassetten), wie
in 11 dargestellt. Gemäß den 11 und 12 sind
die Bearbeitungseinheiten 100 bis 500 derart ausgebildet,
daß sie
einer Bearbeitungsmaßnahme
zur Herstellung von Pilotlöchern 3,
einer Bearbeitungsmaßnahme
zur Herstellung von bogenförmigen
Schlitzen 4 sowie einer ersten bis dritten Ziehmaßnahme entsprechen.
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Die
Bearbeitungseinheit 100 besitzt einen Stempel und eine
Matrize zur Herstellung von Pilotlöchern 3 sowie (nicht
dargestellte) Führungen,
die mit den Pilotlöchern 3 in
Eingriff treten und an der Position P auf der stromabwärts gerichteten
Seite in Beschickungsrichtung des Werkstücks 2 angeordnet sind.
Demzufolge treten die Führungen,
wenn die Bearbeitungseinheit 100 betätigt wird und die Pilotlöcher 3 eines
nach dem anderen hergestellt werden, mit den Pilotlöchern 3 in
Eingriff, und auf der Grundlage dessen werden nachfolgend eine Positionierung und
die Bearbeitung durchgeführt,
um zu verhindern, daß das
Werkstück 2 ungewollt
verschoben wird, wodurch eine bestimmte Präzision aufrechterhalten bleibt.
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Danach
werden in der Bearbeitungseinheit 200 die bogenförmigen Schlitze 4 eingearbeitet
und in der Bearbeitungseinheit 300 ein erster Ziehvorgang
durchgeführt,
um tassenförmige
Ausbuchtungen 5 am Werkstück 2 zu erzeugen,
während
sich die bogenförmigen
Schlitze 4 hinsichtlich ihrer Breite zu bogenförmigen Aussparungen 6 vergrößern. In
der Bearbeitungseinheit 404 wird ein zweiter Ziehvorgang
durchgeführt,
und es werden Flanschlöcher 7 hergestellt,
wobei die Tiefe der Ausbuchtungen vergrößert wird. In der Bearbeitungseinheit 500 wird
ein dritter Ziehvorgang durchgeführt,
um die Tiefe der Ausbuchtungen 5 zu der vorherbestimmten
Größe zu führen.
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Daraufhin
werden das Abgraten und andere Maßnahmen durchgeführt, wenngleich
in der Figur nicht dargestellt, um ein Blechmaterial von vorherbestimmter
Form zu erhalten. Selbstverständlich
wird bei den Bearbeitungseinheiten 200 bis 500 ebenfalls eine
Positionierung ausgeführt,
um die vorherbestimmte Präzision
aufrecht zu erhalten, indem man Führungen zum Eingreifen mit
den Pilotlöchern 3 vorsieht.
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Das
Verarbeitungssystem mit Vorschubschaltung gemäß dem beschriebenen Aufbau
besitzt die Vorteile eines einfacheren Baus gegenüber den herkömmlichen
fortschreitenden Anlagen, der leichteren Herstellung sowie der hochwirksamen
Bearbeitung, die selbst bei einem kleinmaßstäblichen Produktionssystem für große Werkstücke durchführbar ist.
Jedoch besitzt es die folgenden Nachteile.
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Da
das herkömmliche
Bearbeitungssystem mit Vorschubschaltung normalerweise ein Werkstück von Streifenform
voraussetzt, sind die meisten System dieser Art hauptsächlich dazu
geeignet, ein Biegen, Ziehen, Stanzen, Durchbohren oder einen anderen
blechbearbeitenden Vorgang auszuführen. Es ist normalerweise
schwierig bei derartigen Metallbearbeitungssystemen mit Vorschubschaltung,
Bearbeitungsvorgänge,
wie beispielsweise Gewindeschneiden an einem Teil eines Produktes
durchzuführen.
In einen derartigen Fall werden daher das Gewindeschneiden und die
anderen Bearbeitungsvorgänge
zusätzlich
durchgeführt,
wenn die Metallbearbeitsungsvorgänge
mit Vorschubschaltung beendet sind, was zu erhöhten Kosten führt.
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Das
Metallbearbeitungssystem mit Vorschubschaltung führt normalerweise zu einer
großen Anzahl
von Erzeugnissen je Herstellungscharge, da die Erzeugnisse, die
durch das Metallbearbeiten mit Vorschubschaltung erhalten werden,
meistens kleine Stücke
sind und kontinuierlich hergestellt werden. Ein zusätzliches
Bearbeiten derartiger großer
Produktvolumina erfordert nicht nur für spezielle Zwecke geeignete
Einspannvorrichtungen, sondern auch zusätzliche Zeit und Arbeitskraft
zum Einspannen und Entfernen derartiger Produkte indiese bzw. aus
diesen Einspannvorrichtungen. Dies führt nicht nur zu erhöhten Bearbeitungskosten,
sondern bereitet auch Schwierigkeiten bei der Verbesserung der Paßgenauigkeit
der bearbeiteten Teile zufolge der Veränderbarkeit der Bezugsfläche.
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Um
diese Schwierigkeiten zu beheben, hat der Inhaber des vorliegenden
Patents Patenanmeldungen vorgenommen, die Erfindungen betreffen, welche
ein Bearbeitungsmittel im Zwischenteil einer bekannten Bearbeitungseinheit
zum Gegenstand haben, wobei dieses Mittel an das Werkstück anbringbar
und von ihm abnehmbar ist, sowie die Schaffung von be kannten Bearbeitungseinheiten
auf einer Bearbeitungseinheit mit einer Vielzahl von Achsen zum Gegenstand
haben, wobei die Vielzahl der Achsen eine Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen gestatten (japanische
Patentanmeldungen Hei-3(1991)-269833
und Hei-6(1994)-169120).
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Bei
den oben erwähnten
Konstruktionen kann ein lang ausgedehntes, streifen- oder bandförmiges Werkstück, welches
unterschiedliche Abschnitte, die zu Produkten verformt werden sollen, aufweist,
einer Vielzahl von Bearbeitungen gleichzeitig in einem einzigen
Verfahren unterworfen werden, welche vom Schneiden eines Innen-
und Außengewindes
zum Bohren, Versenken, Einkehlen, Fräsen, Stollen, Ankernen usw.
reichen, wobei die Arbeitsstunden verringert und die Paßgenauigkeit
verbessert werden.
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Bei
dem genannten System bleiben dennoch mehrere Schwierigkeiten übrig. Da
nämlich
das erwähnte
Bearbeitungsmittel oder die Bearbeitungseinheit mit mehreren Achsen
eine Konstruktion aufweist, die sich von der Druckumformungseinheit
unterscheidet, müssen
getrennte Bearbeitungseinheiten jedesmal dann vorgesehen werden,
wenn unterschiedliche Arten von Bearbeitungsvorgängen durchgeführt werden
sollen. Dieser Mangel an Austauschbarkeit in dem gesamten System
macht den Ersatz des ganzen Bearbeitungssystems mit Vorschubschaltung
notwendig, was außergewöhnlich viel
Zeit und Arbeitskraft zur Montage und Demontage des Systems erfordert.
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Das
Bearbeiten mit der erwähnten
Bearbeitungseinheit dauert allgemein länger als die Druckumformung,
so daß die
Bearbeitungstaktzeit für
das ganze System ausgedehnt wird, was zu einer erniedrigten Produktivität führt.
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Um
ein Werkstück
zu bearbeiten, welches eine Vielzahl von Abschnitten aufweist, die
bearbeitet werden sollen, ist andererseits ein Bearbeitungszentrum
mit einer Vielzahl von Bearbeitungswerkzeugen besonders wirkungsvoll.
Selbst in diesem Falle wird die Bearbeitungsdauer für jeden
Vorgang oder jede Stufe verhältnismäßig länger. Wenn
außerdem
das Bearbeitungsverfahren in eine Anzahl von Vorgängen aufgeteilt
wird, muß eine
Vielzahl von teuren Bearbeitungszentren geschaffen werden, was die
Gerätekosten
für das
gesamte System erhöht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung soll die Schwierigkeiten überwinden, die dem Stand der
Technik anhaften, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Bearbeitungssystem
mit Vorschubschaltung anzugeben, welches die Bearbeitungskosten
für solche
Erzeugnisse verringert, die einer Mehrzahl von Bearbeitungsmaßnahmen
unterworfen sind.
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Um
die genannten Schwierigkeiten zu beseitigen stellt die Erfindung
ein Bearbeitungssystem mit Vorschubschaltung gemäß Anspruch 1 bereit.
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Bei
der Erfindung können
die Grundplatte und die Trägerplatte
parallel zur waagerechten Ebene angeordnet sein, und das Gleitstück kann
vertikal beweglich ausgebildet sein.
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Außerdem kann
das Antriebsmittel bei der Erfindung ein Mechanismus sein, der einen
Servomotor und eine Schraubverbindung aufweist. In diesem Fall kann
die Schraubverbindung eine Achse mit Kugel sein.
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Außerdem kann
das Gleitstück
bei der Erfindung derartig ausgebildet sein, daß es längs einer Führungsstange gleitet, welche
zwischen der Grundplatte und der Trägerplatte vorgesehen ist.
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Des
weiteren kann die Kassette der Bearbeitungseinheit durch einen Halter,
der ein Werkzeug abnehmbar und drehbar haltern kann, und einen Zweikoordinaten-Verschiebungstisch
zum Bewegen des Halters in die Richtung, welche die Bewegungsrichtung
des Gleitstücks
senkrecht schneidet, ausgebildet sein. In diesem Falle kann das
Antriebsmittel für
den Zweikoordinaten-Verschiebungstisch ein Linearmotor sein.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Vorderansicht, die die Arbeitsweise der Erfindung erläutert,
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2 ist
eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die eine Verfahrensweise
gemäß der Erfindung
erläutert.
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3 ist
eine vergrößerte Vorderansicht
der Kassette 12 gemäß 1 und 2.
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4 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
der Kassette 12 gemäß 1 und 2.
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5 ist
eine Vorderansicht, die eine modifizierte Ausführungsform des Halters 35 gemäß 3 und 4 erläutert.
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6 ist
ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung einer
ersten Durchführungsform
des Bearbeitens gemäß dem Bearbeitungssystem
mit Vorschubschaltung nach der Erfindung, wobei darstellen: (a) eine perspektivische Ansicht eines Werkstückes, (b) eine Draufsicht, die den Stand der Bearbeitung
des Werkstücks
zeigt, und (c) bis (d) Querschnitte
des Werkstückes.
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7 ist
ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung einer
zweiten Durchführungsform
des Bearbeitens gemäß dem Bearbeitungssystem
mit Vorschubschaltung nach der Erfindung, wobei darstellen (a) eine perspektivische Ansicht eines Werkstücks und (b) bis (d) Querschnitte,
die den Stand der Bearbeitung des Werkstückes bei den Bearbeitungsmaßnahmen
zeigen.
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8 ist
ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung einer
dritten Ausführungsform
des Werkstücks
bei dem Bearbeitungssystem mit Vorschubschaltung gemäß der Erfindung,
wobei zeigen: (a) eine perspektivische Ansicht
und (b) einen Längsschnitt.
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9 ist
ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung einer
vierten Ausführungsform
des Werkstückes
bei dem Bearbeitungssystem mit Vorschubschaltung gemäß der Erfindung,
wobei darstellen: (a) das Werkstück mit einer
Innenrille und (b) das Werkstück mit einer
Nute.
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10 ist
ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung einer
fünften
Ausführungsform
des Werkstücks
beim Bearbeitungssystem mit Vorschubschaltung gemäß der Erfindung,
wobei darstellen (a) das Werkzeug mit einer Einkerbung
und (b) das Werkzeug mit einem Ausschnitt.
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11 ist
eine perspektivische Darstellung eines Beispiels für ein Bearbeitungssystem
mit Vorschubschaltung, auf dem die Erfindung fußt.
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12 ist
ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung des
Standes der Bearbeitung eines Werkstückes, wobei bedeuten: (a) eine Draufsicht und (b) einen
Querschnitt des Werkstücks.
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Beste Art der Ausführung der
Erfindung
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1 und 2 sind
eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt,
einer Ausführungsform
der Erfindung. In den Zeichnungen bedeuten die Bezugszahlen 121 bis 125 Bearbeitungseinheiten,
die auf einer Grundplatte 1 in Abständen (Abstände auf der Bearbeitungs-Mittellinie
der Bearbeitungseinheiten 121 bis 125) von mP
in der Längsbeschickungsrichtung
eines – nicht
dargestellten – lang
ausgedehnten Werkstückes,
beginnend in 1 auf der linken Seite, angeordnet
sind (m ist eine positive ganze Zahl und P ein Vorschubschritt des
Werkstückes).
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In
den Bearbeitungseinheiten 121 bis 125 sind Kassetten 11 und 12,
die ein Bearbeitungsmittel aufweisen, welches in der Lage ist, Bearbeitungsmaßnahmen
gemäß einer
Vielzahl von Bearbeitungsverfahren durchzuführen, abnehmbar angeordnet.
So besitzt die Kassette 11 ein Druckumformungsmittel und
die Kassette 12 ein spanendes Bearbeitungsmittel, und die
Bearbeitungseinheiten 121, 123 und 125 sind
als Druckumformungseinheiten ausgebildet, während die Bearbeitungseinheiten 122 und 124 als
Einheiten für
die spanende Bearbeitung ausgebildet sind. Die Anzahl an Bearbeitungseinheiten,
die installiert werden, und die Anzahl an Bearbeitungsmitteln, die
in die Kassette eingebracht werden, sind genau bestimmt; sie hängen von
den erforderlichen Arten der Bearbeitung und der Bearbeitungsverfahren
ab. 1 gibt ein Beispiel, bei dem drei Bearbeitungseinheiten 121, 123 und 125 und
zwei spanende Bearbeitungseinheiten 122 und 124 alternierend
angeordnet sind.
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Die
Bezugszahl 13 bezeichnet einen Einheitskörper, bestehend
aus einer Grundplatte 14, einer Führungsstange 15, die
aufrecht auf der Grundplatte 14 angeordnet ist, einer Trägerplatte 16,
die am oberen Ende der Führungsstange 15 angeordnet
ist, und einem Gleitstück 17,
welches längs
der Führungsstange 15 senkrecht
verschiebbar ist. Die Bezugszahl 18 bezeichnet einen mit
Gewinde versehenen Schaft, der auf der Trägerplatte 16 derart
befestigt ist, daß er
nach vorwärts
und rückwärts drehbar ist
und eine Schraubverbindung bildet, indem er mit einer Mutter 19,
die auf dem Gleitstück 17 angeordnet
ist, in Einriff tritt. Diese Schraubverbindung kann ein flach- oder
scharfgängiges
Gewinde aufweisen und ist vorzugsweise eine Spindel mit Umlaufkugel.
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Die
Bezugszahl 20 bezeichnet einen Motor, der auf der Trägerplatte 16 mittels
eines Befestigungsarmes 21 derart angeordnet ist, daß er den
mit Gewinde versehenen Schaft 18 dazu veranlaßt, über eine
Motor-Riemenscheibe 22, eine Riemenscheibe 23,
die auf dem mit Gewinde versehenen Schaft 18 angeordnet
ist und einen Steuerriemen 24 vorwärts und rückwärts zu rotieren. Der Motor 20 ist
vorzugsweise ein NC-Servomotor.
Die Bezugszahl 25 bezieht sich auf ein Montage teil, welches
am unteren Ende des Gleitstücks 17 derart
angeordnet, daß die Kassetten 11 und 12 eingesetzt
und herausgenommen werden können,
indem man ein Paar hervorstehende Rippen, die am unteren Teil des
Gleitstücks 17 angeordnet
sind und sich waagerecht erstrecken, beispielsweise mit vertieften
Rillen auf einem Montageteil in Eingriff treten läßt, welches
am oberen Ende der Kassetten 11 und 12 angeordnet
ist. Die Bezugszahl 27 bezeichnet eine Klammereinrichtung
zum Festhalten der eingesetzten Kassetten 11 und 12 an ihren
vorherbestimmten Stellungen.
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Im
folgenden wird der Aufbau der Kassette 11 beschrieben.
Die Kassette 11 besteht aus einer Deckplatte 28,
einer Bodenplatte 29, einem Führungsstab 30, einem
Betätigungsteil 31 zum
Bewegen der Deckplatte 28 in vertikaler Richtung und dem oben
erwähnten
Montageteil 26. So ist beispielsweise eine Metallform (ein
Paar aus einer oberen und unteren Form) oder eine Stanzmatrize (ein
Paar aus Stempel und Matrize) an der Decken- und Bodenplatte 28 und 29 eingesetzt,
um damit Stanzen, Drücken, Zusammenpressen
und andere vorherbestimmte Druckumformungen durchführen zu
können.
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3 und 4 sind
teilweise vergrößerte Vorder-
und Seitenansichten der Kassette in 1 und 2.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszahlen wie in 1 und 2 bezeichnet.
In den 3 und 4 bezeichnet die Bezugszahl 32 einen Zweikoordinaten-Verschiebungstisch,
der auf dem unteren Abschnitt des Montageteils 26 derart
angeordnet ist, daß er
in der Richtung bewegbar ist (im vorliegenden Falle waagerecht),
welche die Bewegungsrichtung des Gleitstücks 17 (im vorliegenden Falle
senkrecht) senkrecht schneidet. Als Antriebsmittel für den Zweikoordinaten-Verschiebungstisch 32 ist
ein Linearmotor wirksam, der ein Drehspulgerät mit einem Stator 33,
der abwechselnd angeordnete magnetische Nord- und Südpole in
der Verschiebungsrichtung aufweist, sowie mit einem sich bewegenden
Element 34 mit einer Spule, die im Magnetfeld des Stators 33 angeordnet
ist, sein kann oder er kann ein Drehmagnetgerät sein, welches eine umgekehrte
Kombination aufweist.
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Die
Bezugszahl 35 bezeichnet einen Halter, der auf dem unteren
Teil des Zweikoordinaten-Verschiebungstisches 32 vorgesehen
ist und einen Motor 36, wie beispielsweise ein Hochgeschwindigkeitsspindelmotor,
sowie eine Spannvorrichtung aufweist, welche auf der Hauptspindel
des Motors 36 vorgesehen ist. Die Bezugszahl 38 bezeichnet
ein Werkzeug, das an der Spannvorrichtung 37 angebracht
und von ihr gelöst
werden kann. Das Werkzeug 38 kann ein Bohrer, Stirnfräser, Schleifstein
oder jedes beliebige andere rotierende Schneidwerkzeug sein. Wenn
der Motor 36 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit betrieben
werden kann, können
auch ein Gewindeschneider, Maschinenbohrer und andere mit niedriger
Geschwindigkeit rotierende Werkzeuge verwendet werden.
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5 ein
eine Vorderansicht einer anderen Ausführung des Halters 35 von 3 und 4.
Gemäß 5 ist
der Halter 35 an dem Zweikoordinaten-Verschiebungstisch 32 über den
Befestigungsarm 39 vorgesehen und derart angeordnet, daß die Achse
des Motors 36 parallel zur waagerechten Ebene verläuft. Auf
der Achse ist ein scheibenförmiges Werkzeug 38 montiert,
beispielsweise über
eine Trägerbefestigung 40.
Ein derartiges Werkzeug kann ein Fräser, Gewindenutenfräser, Schleifstein
usw. sein.
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Mit
dem oben erwähnten
System kann gemäß 1 ein
(nicht dargestelltes) bandförmiges, langes
Werkstück
beispielsweise über
eine (nicht dargestellte) Vorwärtsschaltungseinrichtung
nacheinander zu den Bearbeitungseinheiten 121 bis 125 vorwärts geschaltet
werden, wobei beispielsweise zuerst Pilotlöcher als Bezugslöcher auf
dem Werkstück
in der Bearbeitungseinheit 121 unter Verwendung eines Stanzstempels
und einer Matrize, die auf der Kassette 11 vorgesehen sind, ausgebildet
werden, wenn sich das Gleitstück 17 nach
unten bewegt.
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In
der Bearbeitungseinheit 122 treten Führungsstücke mit den Pilotlöchern, die
auf dem Werkstück
erzeugt worden sind, in Eingriff, und das vorherbestimmte Bearbeiten
wird durch ein Bearbeitungsmittel durchgeführt, welches auf der Kassette 12 angeordnet
ist, wobei die Pilotlöcher
als Führungen
verwendet werden. Analog wird ein erstes Druckumformen, eine zweite
spanende Bearbeitung und ein zweites Druckumformen nacheinander
in den Bearbeitungseinheiten 123 bis 125 durchgeführt. Demzufolge
kann die Produktivität
durch die Verringerung der Zeitdauer, die für das Bearbeiten erforderlich
ist, verbessert werden, indem man die gesamte Bearbeitung des Werkstücks in eine
Vielzahl von Maßnahmen
unterteilt, insbesondere die spahnenden Bearbeitungsschritte unterteilt
und, wo immer es möglich
ist, die Bearbeitungsdauer vergleichmäßigt, indem man die Bearbeitungsmaßnahmen
mit einer Vielzahl von Bearbeitungseinheiten durchführt.
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Bei
dem erwähnten
Bearbeiten mit Vorschubschaltung, bei dem das Gleitstück 17 dazu
veranlaßt
wird, sich unter Steuerung und unter Verwendung eines NC-Servomotors
als Motor 20 zu bewegen, kann nicht nur das Druckumformen
sondern auch das spanende Bearbeiten unter gesteuerter Zufuhr zufriedenstellend
beherrscht werden. In den Einheiten 122 und 124 zur
spanenden Bearbeitung ist die dreidimensionale Bewegung des Werkzeugs 38 ermöglicht,
da das Werkzeug 38 in der waagerechten Ebene durch den
Zweikoordinaten-Verschiebungstisch zusätzlich zur senkrechten Bewegung
des Gleitstücks 17 bewegt
werden kann, wobei die Erfordernisse an das Bearbeitungswerkzeug
hinsichtlich der werkzeugtragenden Funktionen erfüllt werden können.
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Da
nämlich
das Gleitstück 17 mit
Hilfe des Motors 20 über
den mit Gewinde versehenden Schaft 18 und die Mutter 19 eine
rasche senkrechte Bewegung ausführen
kann, kann eine vorherbestimmte Druckumformung dadurch herbeigeführt werden, daß man ein
Druckumformungsmittel betreibt, welches auf der Kassette 11 vorgesehen
ist. Im Falle der Einheit zur spanenden Bearbeitung kann andererseits
eine vorherbestimmte Bearbeitung dadurch durchgeführt werden,
daß das
Gleitstück 17 rasch beschickt
wird, um ein Bearbeitungsmittel auf Kassette 12 zu veranlassen,
sich rasch an einen Abschnitt anzunähern, der auf einem Werkstück zu bearbeiten
ist, und der Zweikoordinaten-Verschiebungstisch 32 dazu
veranlaßt
wird, sich wie notwendig durch gesteuerte Beschickung durch den
Motor 20 zu bewegen.
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Die
grundlegend gemeinsame Konstruktion der Einheitskörper in
den Bearbeitungseinheiten 121 bis 125 ermöglicht das
Auswechseln von Werkzeugen lediglich durch Auswechseln der Kassetten 11 und 12,
wodurch es erleichtert wird, Bearbeitungsmaßnahmen mit Vorschubschaltung
einzurichten. Es ergibt sich, daß, selbst wenn kleine Chargen
von Produkten mit großer
Unterschiedlichkeit bearbeitet werden, die Abschaltzeit zufolge
von Werkzeugwechsel wesentlich vermindert werden kann, was zu einer verbesserten
Betriebswirksamkeit führt.
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Vorstehend
wurde die Erfindung anhand einer sogenannten Vertikaltyp-Ausführungsform
beschrieben, wobei die Grundplatte 14 und die Trägerplatte 16 parallel
zur waagerechten Ebene angeordnet sind und der Führungsstab 15, der
beide miteinander verbindet, in der senkrechten Richtung vorgesehen
ist. Die Erfindung kann jedoch auch auf einen sogenannten Horizontaltyp
angewandt werden, bei dem die Grundplatte 14 und die Trägerplatte 16 parallel
in einer senkrechten Ebene angeordnet sind und der Führungsstab 15 horizontal
vorgesehen ist.
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Zur
Führung
der Bewegung des Gleitstücks 17 ist
vorzugsweise eine Vielzahl an Führungsstäben 15 für Bearbeitungen
vorgesehen, bei denen großformatige
Werkstücke
oder solche, die besondere Starrheit erfordern, zur Verwendung kommen,
jedoch kann auch ein einziges Werkstück den Zweck erfüllen. In
einigen Fällen
muß der
Führungsstab
längs der
Seite, an der das Gleitstück 17 gleitet,
Säulen- oder
Balkenform aufweisen.
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Obwohl
im vorstehenden ein Beispiel dafür angegeben
worden ist, daß die
Bearbeitungseinheit eine Druckumformungseinheit und eine Einheit
zur spanenden Bearbeitung umfaßt,
kann die Erfindung des weiteren auch eine Wärmebehandlung einschließen, die
zum Tiefziehen erforderlich ist, eine Oberflächenbehandlung zur Modifizierung
der Oberfläche oder
einen Laminierungsschritt zur Herstellung von Profil- oder unregelmäßig geformten
Komponenten zusätzlich
zur Druckumformungseinheit umfassen. Außerdem können sämtliche Bearbeitungseinheiten aus
Einheiten zur spanenden Bearbeitung bestehen.
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Ausführungsform 1
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6 ist
ein Hilfsdiagramm, welches die erste Ausführungsform des Verfahrens unter
Verwendung des Bearbeitungssystems mit Vorschubschaltung gemäß der Erfindung
erläutert;
dabei ist (a) eine perspektivische Ansicht
eines Werkstücks, (b) eine Draufsicht, die den Stand der Bearbeitung
des Werkstücks
zeigt, und (c) bis (f) jeweils
ein Querschnitt des Werkstücks.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszahlen wie in 12 bezeichnet.
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Wie
in 6 dargestellt, besitzt ein in Bearbeitung befindliches
Produkt 51 einen Vorsprung 53 von rechteckiger
Form, beispielsweise in der Mitte eines Sockels 52 von rechteckiger
Form; der Sockel 52 weist durchgehende Löcher 54 an
seinen vier Ecken auf.
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Um
das zu bearbeitende Produkt 51 zu erhalten, wird ein bandförmiges,
langes Werkstück 2 schrittweise
mit der Schrittlänge
P in Pfeilrichtung vorwärts
geschaltet, wie in 6(b) dargestellt. Als Bezugspunkte
dienende Pilotlöcher
sind in einer – nicht
dargestellten – ersten
Bearbeitungseinheit (entweder für
Druckumformungen oder spanende Bearbeitung) vorgesehen. Der Vorsprung 53 ist
halb gestanzt und befindet sich in dem Zustand, in dem Führungen
(wie sie in der Bearbeitungseinheit vorgesehen sind) mit den Pilotlöchern 3 in
einer zweiten Bearbeitungseinheit in Eingriff stehen. Das heißt, daß eine Ausnehmung 55 mit
einer Tiefe, die gleich der Höhe
tl (tl<t) des Vorsprungs 53 in
Richtung der Dicke des Werkstücks 2 ist,
mit einem Stanzwerkzeug gebildet wird.
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Danach
wird der Sockel 52 in einer dritten Bearbeitungseinheit
in dem Zustand, in dem die Führungen
mit den Pilotlöchern 3 in
Eingriff stehen, wie bei der zweiten Bearbeitungseinheit halb gestanzt.
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Außerdem wird
das Werkstück 2 vorwärts geschaltet
und die Bodenfläche
des Sockels 52 wird geschnitten (oder gefräst), damit
die Bodenfläche
mit der Ausnehmung 55 in eine Ebene kommt. Als Schneidewerkzeug
für diese
spanende Bearbeitung kann ein Stirnfräser verwendet werden, jedoch
ist ein einfacher oder Flächenstirnfräser bevorzugt.
Wenn die zu bearbeitende Oberfläche
eine große
Fläche ist,
wird das Bearbeitungsverfahren vorzugsweise in eine Mehrzahl von
Bearbeitungsschritten aufgeteilt, und eine Mehrzahl von Bearbeitungseinheiten
kann verwendet werden, um die gesamte Bearbeitungstaktzeit zu verringern.
Außerdem
kann die Bearbeitung in eine Roh-, Zwischen- und Endbearbeitung aufgeteilt
werden.
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In
einer fünften
Bearbeitungseinheit werden durchgehende Löcher 54 an den vier
Ecken des Sockels 52 mit einem Stempel und einer Matrize
hergestellt, und der Sockel 52 wird in der sechsten und letzten
Bearbeitungseinheit gestanzt, um die gesamte Bearbeitung zu vollenden.
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Gemäß 6 wurde
der Sockel 52 und der Vorsprung 53 als eine rechteckige
Gestalt aufweisend beschrieben, jedoch ist die vorliegenden Erfindung
darauf nicht beschränkt
und kann auch auf dreieckige, kreisförmige, ovale und andere geometrische Formen
angewandt werden.
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Ausführungsform 2
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7 ist
ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung der
zweiten Ausführungsform
eines Produktes, das in dem Bearbeitungssystem mit Vorschubschaltung gemäß der Erfindung
bearbeitet wird, wobei (a) eine
perspektivische Ansicht und (b) bis (d) Querschnitte darstellen, die den Stand der
Bearbeitung bei den unterschiedlichen Bearbeitungsmaßnahmen
für ein
Werkstück
zeigen. Gemäß 7 besitzt
ein zu bearbeitendes Produkt 61 eine Vertiefung 63 in
der Mitte eines annähernd
rechteckigen Umfangsabschnittes 62 sowie durchgehende Löcher 64 an
dessen vier Ecken.
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Um
das zu bearbeitende Produkt 61 umzuformen, werden zunächst (nicht
dargestellte) Pilotlöcher
nacheinander in ein Werkstück 2 gestanzt,
wie im Werkstück 2 in 6 dargestellt,
und die Vertiefung 63 anschließend in der ersten Bearbeitungseinheit
in einem Zustand, in dem Führungsteile
mit den Pilotlöchern
in Eingriff stehen, halb gestanzt. Auf diese Weise wird ein Vorsprung 65 mit
einer Form, die der Vertiefung 63 entspricht, an der oberen
Oberfläche
des Werkstücks 2 ausgebildet.
Bei dieser Bearbeitung wird der Stempel zur Ausbildung der Vertiefung 63 auf
der Unterseite der Bearbeitungseinheit angeordnet und die Matrize
zur Ausbildung des Vorsprungs 65 auf der Oberseite.
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Danach
wird der Vorsprung 65 in der zweiten Bearbeitungseinheit
abgeschnitten oder abgefräst, um
die obere Oberfläche
des Werkstücks 2 mit
der ursprünglichen
oberen Oberfläche
des Werkstücks 2 auszurichten,
um so die Bodenfläche
des zu bearbeitenden Produktes 61 auszubilden. In der dritten
Bearbeitungseinheit werden die durchgehenden Löcher 64 gebohrt, und
in der vierten und letzten Bearbeitungseinheit wird der Umfangsabschnitt 62 gestanzt, um
die gesamte Bearbeitung zu vervollständigen. In diesem Falle kann
das Bohren der durchgehenden Löcher 64 und
das Stanzen des Umfangsabschnittes 62 gleichzeitig in derselben
Bearbeitungseinheit durchgeführt
werden.
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Ausführungsform 3
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8 ist
ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung einer
dritten Ausführungsform
eines bei dem Bearbeitungssystem mit Vorschubschaltung gemäß der Erfindung
herzustellenden Produktes, wobei (a) eine
perspektivische Ansicht und (b) einen Längsschnitt
des Produktes bedeuten. Gemäß 8 wird
ein zu bearbeitendes Produkt 71 in einer Anzahl von Tiefziehbehandlungen
aus einem Metallblech als Werkstück
zu einer mit einem Boden versehenen, hohlen, röhrenförmigen Gestalt verformt, wobei
auf einem Teil davon eine waagerechte Öffnung 72 und eine
vertikale Öffnung 73 vorgesehen
werden. Das zu bearbeitende Produkt 71 von dieser Gestalt
kann unter Verwendung eines Bearbeitungssystems mit Vorschubschaltung
gebildet werden, bei dem eine Kombination aus einer Anzahl von Druckumformungseinheiten
und von zwei spanenden Bearbeitungseinheiten mit Bohrern auf waagerechter
und senkrechter Achse eingesetzt wird. Die senkrechte Öffnung 73,
die mit der Achse des zu bearbeitenden Produktes 71 konzentrisch
ist, kann in der Druckumformungseinheit mit Stempel und Matrize
gebildet werden.
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Ausführungsform 4
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9 ist
ein Längsschnitt,
welcher eine vierte Ausführungsform
eines zu bearbeitenden Produktes in dem Bearbeitungssystem mit Vorschubschaltung
gemäß der Erfindung
zeigt, wobei (a) das Produkt mit einer Innenrille
und (b) ein solches mit einer Außenrille zeigt. Gemäß 9 wird
ein zu bearbeitendes Produkt 74 zu einer mit einem Boden versehenen,
hohlen, röhrenförmigen Gestalt
mit Hilfe einer Anzahl von Druckumformungseinheiten hergestellt,
wobei die Innenrille 75 bzw. die Außenrille 76 mit spanenden
Bearbeitungseinheiten ausgebildet werden.
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In
diesem Falle wird in einer auf der Bearbeitungseinheit vorgesehenen
Kassette 12 als Werkzeug 38 gemäß beispielsweise
den 3 und 4 ein T-Rillen-Fräser eingesetzt
und derart betrieben, daß die
Achse des T-Rillen-Fräsers
einer kreisförmigen
Spur um die Achse des zu bearbeitenden Produktes 74 herum
folgt.
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Ausführungsform 5
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10 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine fünfte Ausführungsform eines in dem Bearbeitungssystem
mit Vorschubschaltung gemäß der Erfindung
zu behandelnden Produktes zeigt, wobei (a) das
Produkt mit einer Einkerbung und (b) das
Produkt mit einem Ausschnitt darstellt. Gemäß 10 wird
das zu bearbeitende Produkt 77 zu einer mit einem Boden
versehenen, röhrenförmigen Gestalt
mit Hilfe einer Anzahl von Druckumformungseinheiten ausgebildet,
wie in dem Falle des zu bearbeitenden Produktes 74, wobei
die Einkerbung 78 oder der Ausschnitt 79 mit einer
spanenden Bearbeitungseinheit gebildet werden.
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Technische
Anwendbarkeit
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Die
Erfindung mit dem oben beschriebenen Aufbau und den oben beschriebenen
Betriebsmerkmalen kann die folgenden Wirkungen erzielen:
- 1. Bei der Bearbeitung mit Vorschubschaltung kann
eine Anzahl von spanenden Bearbeitungen oder eine Kombination aus
diesen spanenden Bearbeitungen und einer Anzahl von Druckumformungen
nacheinander und gleichzeitig durchgeführt werden. Dies führt zu einer
hohen Bearbeitungswirksamkeit und gestattet eine Verringerung der
Kosten.
- 2. Im Vergleich zu einem System, bei dem, nachdem ein Werkstück mit Bearbeitungsmaßnahmen einschließlich Druckumformen
zu einem Produkt geformt worden ist, noch notwendige spanende Bearbeitungen
mit ihm durchgeführt
werden, erübrigt
sich bei dem System gemäß der Erfindung nicht
nur die Notwendigkeit zur Herstellung von Einspannvorrichtungen,
sondern es können
auch zusätzliche
Zeit und Arbeit zum Montieren und Entfernen des Werkstücks eingespart
werden und außerdem
die Paßgenauigkeit
verbessert werden.
- 3. Der Einheitskörper
einer Bearbeitungseinheit kann sowohl für Druckumformungseinheiten
als auch für
spanende Bearbeitungseinheiten verwendet werden, und der Wechsel
des Werkzeuges ist einfach durch Auswechseln von Kassetten möglich. Dies
führt zu
einer verbesserten Betriebswirksamkeit des Gesamtsystems.
- 4. Da die gesamten Bearbeitungsmaßnahmen in eine Anzahl von
Einzelmaßnahmen
aufgeteilt werden können,
können
die Kosten für
die Formen wesentlich verringert werden, und die Komponenten des
Systems können
leicht zusammengesetzt werden.