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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Palettenwechslerfunktion und
ein Palettenwechselverfahren, bei dem eine Palette mit darauf befestigten
Werkstücken
in eine Werkzeugmaschine eingebracht wird, wobei die Werkstücke auf
der Palette bearbeitet werden und die Werkstücke zusammen mit der Palette
aus der Werkzeugmaschine entnommen werden.
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2. Beschreibung des dazugehörigen Fachgebiets
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Ein
Palettenwechsler ist eine bekannte Technik zum Verkürzen der
Einrichtzeit für
den Werkzeugwechsel in einer Werkzeugmaschine. Der Palettenwechsler
umfasst eine Palette, auf der die Werkzeuge befestigt sind, und
ein Antriebsystem zum Befördern
der Palette zu und von der Werkzeugmaschine. Ist die Bearbeitung
der Werkstücke
auf der Palette durch die Werkzeugmaschine beendet, wird die Palette
aus der Werkzeugmaschine befördert,
und eine Palette, auf der die nicht bearbeiteten Werkstücke befestigt
sind, wird in die Werkzeugmaschine befördert, wodurch die Paletten
gewechselt werden. Durch dieses Vorgehen kann ein Zeitverlust, der
verursacht wird, wenn der Betrieb der Werkzeugmaschine zum Befestigen
oder Abnehmen der Werkstücke gestoppt
wird, reduziert werden.
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Ein
Servomotor oder ein Pneumatik- oder Hydrauliksystem wird als Antriebssystem
zum Befördern
der Palette zur und von der Werkzeugmaschine verwendet. Dieses System
hat jedoch eine komplizierte Bauweise und ist teuer.
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Der 8a zufolge
wird beispielsweise ein Werkstück
auf einer rotierenden Palette 100 befestigt. Ein gegebener
Bereich in einem Palettendrehbereich wird als Bearbeitungsbereich
für das
auf der Palette 100 befestigte Werkstück verwendet, und bei einem
weiteren gegebenen Bereich wird das Werkstück an der Palette 100 befestigt
oder von ihr abgenommen. Ein bekannter Palettenwechsler ist derart konstruiert,
dass die Palette 100 von einem Servomotor 101 mit
einem Vorgelege gedreht wird.
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Ein
in der 8b gezeigter Palettenwechsler
ist ein Beispiel des Standes der Technik, bei dem die Palette 100 vom
Servomotor 101 befördert
wird. Eine Drehbewegung des Servomotors 101 wird in eine
lineare Bewegung umgewandelt, und zwar über einen Mechanismus, der
auf einer Kugelgewindespindel 103 und einer Buchse 104 beruht.
Die an der Buchse 104 befestigte Palette 100 wird
befördert
und durch eine neue ersetzt.
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Bei
dem in 8c gezeigten Palettenwechsler
wird ein Luftdruckzylinder 105 zum Befördern der Palette 100 verwendet.
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Diese
herkömmlichen
Palettenwechsler, die die Verwendung des Servomotors 101 oder
des Luftdruckzylinders 105 als Mittel zur Beförderung
der Palette 100 erfordern, haben eine komplizierte Bauweise
und sind teuer.
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Zur
Verbesserung der Betriebseffizienz und zur Reduktion der Kosten
wird dagegen die Bearbeitung des Werkstücks in vielen Fällen partiell
oder vollständig
automatisiert. Roboter werden zum Automatisieren der Befestigung
und des Abnehmens von Werkstücken
in vielen Werkzeugmaschinen verwendet. Bei einigen bekannten Systemen
werden jedoch darüber
hinaus Roboter zur Befestigung und zum Abnehmen von Werkstücken an
und von Paletten verwendet.
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Bei
einem herkömmlichen
oder bekannten Teile-Zufuhrsystem (siehe JP-A-11207561 dient der Roboter zur Beförderung
von Paletten, zur Unterbringung von Werkstücken auf den Paletten und zur
Beförderung
der Paletten, auf denen die Werkstücke untergebracht sind.
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Eine
Werkzeugmaschine mit einer Palettenwechslerfunktion verwendet Palettenwechsler,
wie diejenigen, die in den 8a bis 8c gezeigt
sind. Diese Palettenwechsler sind jedoch teuer. Bei der Werkzeugmaschine
mit der Palettenwechslerfunktion müssen die Werkstücke dagegen
auf die Paletten überführt oder
aus diesen entnommen werden, und ein Roboter wird zum Befestigen
der Werkstücke
an den Paletten oder zum Abnehmen davon verwendet. Dieser Roboter
greift jedes Werkstück
und befördert es
von einer Palette zur nächsten.
Daher benötigt
er keine wesentliche Energie und braucht nicht groß zu sein.
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Bei
einem herkömmlichen
Teile-Zufuhrsystem, wie beschrieben in JP-A-11207561, wird der Roboter
zur Unterbringung der Werkstücke
auf den Paletten und zur Beförderung
der Paletten verwendet. Bei diesem System hat der Roboter eine Hand
für Werkstücke und
eine Hand für
Paletten, und diese Hände
werden jeweils abwechselnd zum Festhalten und Hochheben des Werkstücks oder
der Palette verwendet. Da die Paletten mutmaßlich hochgehoben werden, wenn
sie gewechselt oder aufgestapelt werden, braucht man eine großen Roboter,
der eine große
Kraft erzeugen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt eine Werkzeugmaschine mit einer Palettenwechslerfunktion
sowie ein Palettenwechselverfahren bereit, die Paletten mit einem Werkstückbehandlungsroboter
befördern
können, ohne
dass ein dazugehöriges
Antriebssystem erforderlich ist.
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Eine
erfindungsgemäße Werkzeugmaschine umfasst:
eine
Palette, auf der man mindestens ein Werkstück befestigt;
eine Palettenauflage,
auf der die Palette untergebracht ist; Haltevorrichtungen zum beweglichen
Halten der Palette zwischen einem Bearbeitungstisch und der Palettenauflage;
und
einen Roboter zum Befestigen/Abnehmen des Werkstücks auf/von
der Palette, die auf der Palettenauflage untergebracht ist, und
zum Bewegen der Palette zwischen dem Bearbeitungstisch und der Palettenauflage,
wobei der Roboter die Palette schiebt oder zieht.
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Die
Haltevorrichtung kann an der Palette befindliche Rollen umfassen,
die auf dem Bearbeitungstisch und auf der Palettenauflage rollen.
Die Haltevorrichtung kann alternativ auf dem Bearbeitungstisch und
auf der Palettenauflage befindliche Rollen umfassen, die auf der
Palette rollen.
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Die
Haltevorrichtung kann zudem am Bearbeitungstisch und an der Palettenauflage
befindliche Kugeln umfassen, die sich auf der Palette drehen.
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Die
Palette kann einen Handgriff haben, der vom Roboter zum Bewegen
der Palette festgehalten werden soll.
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Der
Roboter kann eine Bildaufnahmevorrichtung eines Optiksensors zum
Erfassen der Position und/oder der Stellung eines aufzunehmenden
Werkstücks
haben.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
dient dem Wechsel einer Palette, auf der mindestens ein Werkstück befestigt
wird, mit einem Roboter zum Befestigen/Abnehmen des Werkstücks am bzw.
von der Palette in einer Werkzeugmaschine mit einem Bearbeitungstisch.
Das Verfahren umfasst:
Bereitstellen einer Palettenauflage,
auf der die Palette untergebracht ist, und einer Haltevorrichtung
zum beweglichen Halten der Palette zwischen dem Bearbeitungstisch
und der Palettenauflage; und
Bewegen der Palette zwischen dem
Bearbeitungstisch und der Palettenauflage durch den Roboter, so dass
die Palette gewechselt wird, die von dem Roboter geschoben oder
gezogen wird.
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Das
Verfahren kann zudem das Erfassen einer Position eines Werkstücks umfassen,
wobei ein Optiksensor beim Aufnehmen des Werkstücks verwendet wird, das auf
der Palette befestigt werden soll.
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Da
erfindungsgemäß ein Werkstückbearbeitungsroboter,
mit dem ein Werkstück
an der Palette befestigt oder von der Palette abgenommen wird, als Beförderungsmittel
zum Befördern
der Palette verwendet wird, kann das Werkstück mit niedrigen Kosten produziert
werden, ohne dass spezielle Antriebsvorrichtungen für einen
Palettenwechsler erforderlich sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt/zeigen:
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1a, 1b und 1c einen
Tisch einer Werkzeugmaschine und einen Palettenwechsler gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 den
Palettenbeförderungsbetrieb durch
einen Roboter gemäß der Ausführungsform;
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3 ein
Beispiel einer Anordnung eines Werkzeugmaschinenkörpers, der
Palettenwechslerbasis und einer Werkstückstufe gemäß der Ausführungsform;
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4,
wie ein Optiksensor am Roboter befestigt ist;
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5a, 5b und 5c,
wie die Paletten gemäß der Ausführungsform
in oder aus dem Werkzeugmaschinenkörper befördert werden;
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6a, 6b und 6c eine Palettenwechslerbasis gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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7a, 7b und 7c,
wie die Paletten gemäß der alternativen
Ausführungsform
von einem Roboter befördert
werden; und
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8a, 8b und 8c herkömmliche Palettenwechsler.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
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Die 1a bis 1c zeigen
einen Tisch und eine Palettenwechslerbasis einer Werkzeugmaschine
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Die 1a ist eine Draufsicht, 1b ist eine
Vorderansicht, und 1c ist eine Seitenansicht. In
diesen Zeichnungen ist eine Palette 3 an einem Tisch 2 der
Werkzeugmaschine befestigt.
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Die
Schienen 1a und 1b sind einzeln an gegenüberliegenden
Seitenendabschnitten einer Palettenwechslerbasis 1 als
Palettenauflage angeordnet, und verlaufen zur Werkzeugmaschine (Tisch 2).
Die Schienen 2a und 2b sind auch einzeln an gegenüberliegenden
Seitenendabschnitten des Tischs 2 angeordnet. Eine Anzahl
von zylindrischen drehbaren Rollen 3a ist an gegenüberliegenden
Seitenendabschnitten der Unterseite der Palette 3 angeordnet und
sitzt auf den Schienen 1a, 1b, 2a und 2b.
Die Palette 3 ist so konfiguriert, dass sie sich mit weniger Widerstand
glatt bewegt, wenn sich die Rollen 3a drehen. Die Schienen 1a, 1b, 2a und 2b und
die Rollen 3a machen Haltevorrichtungen aus, die die Palette 3 zur
Bewegung halten.
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Ein
Spannmechanismus 5 zum Befestigen der Palette 3 auf
dem Tisch 2 ist an der Unterseite der Palette 3 und
am Tisch 2 der Werkzeugmaschine befestigt. Die Spannvorrichtungen 3b zum
Halten der der Werkstücke
W befinden sich auf der Oberseite der Palette 3, und ein
Handgriff 3c an einem Ende der Palette. Eine Roboterhand
ist am Handgriff 3c eingehakt, damit die Palette 3 bewegt
wird.
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Die
Bezugszahl 4 steht für
einen Roboter, der die Werkstücke
W in die Palette 3 befördert
oder sie aus der Palette 3 entnimmt. Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird der Roboter 4 veranlasst, die Palette 3 auf
den Tisch 2 der Werkzeugmaschine oder aus diesem heraus
zu befördern.
Herkömmlicherweise
wird eine solche Technik verwendet, damit die Werkstücke W vom
Roboter 4 festgehalten werden und auf der Palette 3 befestigt
oder von dieser abgenommen werden. Bei einem herkömmlichen Werkzeugmaschinensystem
wird neben dem Roboter 4 zur Beförderung der Palette 3 der
in den 8a, 8b und 8c gezeigte
Palettenwechsler verwendet.
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Erfindungsgemäß wird der
Werkstückbearbeitungsroboter 4 als
Beförderungsvorrichtung
für die
Palette 3 verwendet, und es braucht kein dazugehöriger Palettenwechsler
verwendet zu werden.
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Wie
in der 2 gezeigt, wird ein Ende einer Hand 4a des
Roboters 4, die die Werkstücke jeweils festhält, veranlasst,
den Handgriff 3c auf der Palette 3 zu greifen,
und die Palette 3 wird nach außen gezogen oder gestoßen. Durch
diese Vorgehensweise wird die Palette 3 zwischen dem Tisch 2 und
der Palettenwechslerbasis 1 bewegt. Die Rollen 3a auf
der Unterseite der Palette 3 rollen auf den Schienen 1a, 1b, 2a und 2b,
wenn sie sich bewegen. Somit kann der Roboter 4 ein herkömmlicher
kleiner Bearbeitungsroboter 4 zum Bearbeiten jedes Werkstücks W sein,
der die Palette 3 befördert,
ohne dass eine besondere Kraft erzeugt werden muss.
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Die 3 ist
eine Draufsicht, die die Anordnungsbeziehungen zwischen einem Werkzeugmaschinenkörper, der
Palettenwechslerbasis 1, dem Roboter 4 und einer
Werkstückstufe 11 gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt.
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In 3 veranschaulicht
ein von einer gepunkteten Linie umgrenzter Bereich 4b einen
bearbeitbaren Bereich für
den Roboter 4. Der Roboter 4 hält die unbearbeiteten Werkstücke W auf
der Werkstückstufe 11 und
bringt sie in die Palette 3 auf der Palettenwechslerbasis 1.
Danach werden die Werkstücke
W mit den Spannvorrichtungen auf der Palette 3 befestigt.
Zudem werden die bearbeiteten Werkstücke W gegriffen und aus der
Palette 3 auf der Palettenwechslerbasis 1 entnommen
und auf der Werkstückstufe 11 untergebracht.
Zudem zieht der Roboter 4 die Palette 3 auf dem
Tisch 2 des Werkzeugmaschinekörpers 10 auf die Palettenwechslerbasis 1 und
bringt die Palette 3 auf der Basis 1 auf den Tisch 2.
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Alternativ
kann ein Roboter 4 einen Optiksensor zum Austausch der
Werkstücke
aufweisen. Die 4 veranschaulicht ein Beispiel,
bei dem eine Bildaufnahmevorrichtung 7 des Optiksensors
an einem Armende des Roboters 4 befestigt ist. Die Bildaufnahmevorrichtung 7 des
Optiksensors nimmt ein Bild jedes Werkstücks W auf der Werkstückstufe 11 auf.
Daraufhin werden die Position und die Stellung des Werkstücks W durch
den Optiksensor erfasst, und der Roboter 4 wird zur erfassten
Position bewegt, damit er das Werkstück greift und aufnimmt. Kann
das Werkstück
W an der Werkstückstufe 11 nicht
genau eingestellt werden, lässt
sich der Optiksensor zweckmäßig einsetzen.
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Die 5a, 5b und 5c veranschaulichen
den Betrieb zur Überführung der
Palette 3 zu oder von Tisch 2.
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Beendet
der Werkzeugmaschinekörper 10 die
Bearbeitung des auf der Palette 3 befestigten Werkstücks W (die
Bearbeitung des Werkstücks
W auf einer Palette 3A ist mutmaßlich in den 5a bis 5c bereits
beendet worden), wird der Tisch 2 in einer Ausgangsposition
für die
Palette 3-A untergebracht. Der Spannmechanismus 5 wird
derart gelöst, dass
ein Ende der Hand 4a des Roboters 4 veranlasst
wird, den Handgriff 3c der Palette 3 zu greifen, wie
es in der 2 gezeigt ist. Somit wird der
Roboter 4 derart angetrieben, dass er die Palette 3 zur
Palettenwechslerbasis 1 herauszieht. Ist dies erfolgt, wird
die Palette 3-A auf die Basis 1 überführt, wie
es in der 5b gezeigt ist.
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Dann
wird der Tisch 2 bewegt und in der Position der Palettenwechslerbasis 1 untergebracht,
auf der sich eine Palette 3-B befindet. Die Hand 4a des Roboters 4 wird
veranlasst, den Handgriff 3c der Palette 3-B zu
greifen, und der Roboter 4 wird so betrieben, dass er die
Palette 3-B auf der Basis 1 auf den Tisch 2 bewegt
und befördert
(siehe 5c). Die Palette 3-B wird
durch den Spannmechanismus 5 festgeklammert, und das Werkstück W auf
der Palette 3-B wird durch den Werkzeugmaschinenkörper 10 bearbeitet.
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Während das
Werkstück
W auf der Palette 3-B bearbeitet wird, wird das bearbeitete
Werkstück W
auf der Palette 3-A gelöst,
und die Hand 4a des Roboters 4 greift und befördert das
Werkstück
W auf die Werkstückstufe 11.
Danach befördert
der Roboter 4 das nicht bearbeitete Werkstück W auf
der Werkstückstufe 11 auf
die Palette 3-A nach innen und setzt es darauf. Anschließend werden
die Paletten 3-A und 3-B abwechselnd zu Tisch 2 überführt, woraufhin
das Werkstück
W von dem Werkzeugmaschinenkörper 10 bearbeitet
wird, und bearbeitete und nicht bearbeitete Werkstücke werden
abwechselnd auf die Palette 3 gestellt.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die Rollen
auf der Seite der Palette 3 bereitgestellt. Alternativ
können
die Rollen jedoch auf der Seite der Palettenwechslerbasis 1 und des
Tischs 2 und nicht auf der Palettenseite bereitgestellt
werden. Bei dieser Ausführungsform
sind die Basis und der Tisch 2 darüber hinaus mit den Schienen 1a, 1b, 2a und 2b ausgestattet.
Diese Schienen müssen
jedoch nicht immer bereitgestellt werden, und die Rollen können durch
Kugeln ersetzt werden.
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Die 6a und 6b veranschaulichen eine
andere Ausführungsform,
die Kugeln statt Rollen verwendet. Die 6a, eine
Draufsicht, zeigt eine Palettenwechslerbasis und eine Palette, und
die 6b ist eine Vorderansicht. Gleiche Bezugszahlen werden
zur Bezeichnung von Elementen verwendet, die denen der in den 1a bis 1c gezeigten Ausführungsformen
entsprechen.
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Eine
Anzahl von Kugeln 6 ist drehbar auf der Oberseite einer
Palettenwechslerbasis 1 angeordnet, und eine Palette 3 wird
von den Kugeln 6 gehalten. Entsprechend ist eine Anzahl
von Kugeln 6 auf der Oberseite eines Tischs 2 eines
Werkzeugmaschinekörpers
(nicht gezeigt) angeordnet, die die Palette 3 halten. Der
Tisch 2 muss nicht immer mit den Kugeln 6 ausgestattet
sein, und die Rollen können
in der Richtung drehbar angeordnet sein, dass sie die Palette ein-
und austragen können.
Da die Drehrichtung der Kugeln 6 nicht eingeschränkt ist,
kann sich die Palette 3 längs und quer über die
Palettenwechslerbasis 1 bewegen. Ist ein Arbeitsbereich
für einen
Roboter 4 schmal, kann die Palette 3 selbst zu
dem Roboter gezogen werden, wenn die Werkstücke W auf der Palette befestigt
werden oder davon abgenommen werden.
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Die 7a bis 7c sind
Ansichten, die den Vorgang zum Überführen der
Palette 3 gemäß dieser
alternativen Ausführungsform
zu oder von dem Werkzeugmaschinenkörper 10 veranschaulichen.
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Die 7a zeigt
einen Zustand, bei dem eine Palette 3-B von Tisch 2 zur
Palettenwechslerbasis 1 befördert wird, nachdem die Werkstücke W auf der
Palette 3-B bearbeitet wurden. Der Tisch 2 befindet
sich an einer Ausgangsposition für
die Palette 3 auf der Palettenwechslerbasis 1,
und eine Hand 4a des Roboters 4 wird veranlasst,
den Handgriff 3c der Palette 3-B zu greifen. Der
Roboter 4 wird zum Ziehen und zur Entnahme der Palette 3-B auf
die Palettenwechslerbasis 1 angetrieben. Dann befindet
sich der Tisch 2 in einer Paletteneinlassposition, und
eine Palette 3-A, auf der die nicht bearbeiteten Werkstücke W aufgestellt
sind, wird vom Roboter 4 von der Basis 1 zum Tisch 2 befördert (siehe 7b).
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Danach
wird der Tisch 2 in eine Bearbeitungsposition bewegt, und
der Roboter 4 bewegt die Palette 3-B zu einer
Werkstück-Befestigungs-
und Abnahmeposition (die der Paletteneinlassposition entspricht),
wie in der 7c gezeigt. Da die drehbaren
Kugeln 6 auf der Oberseite der Palettenwechslerbasis 1 angeordnet
sind, kann sich die Palette 3-B in diesem Fall auch in
rechten Winkeln zur Beförderungsrichtung
von Tisch 2 bewegen, so dass der Roboter 4 keine
wesentliche Energie benötigt.
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In
diesem Zustand von 7c werden die bearbeiteten Werkstücke W auf
der Palette 3-B aus der Werkstückstufe 11 von Roboter 4 entnommen, und
die unbearbeiteten Werkstücke
W auf der Werkstückstufe 11 werden
auf der Palette 3-B befestigt. Somit wird die Palette 3 zu
dem Roboter gezogen, wenn die Werkstücke W auf der Palette 3 befestigt oder
von dieser abgenommen werden, so dass der Roboter sogar in einem
schmalen Arbeitsbereich zufrieden stellend seinen Betrieb durchführen kann.