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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die im Allgemeinen in Werkzeugmaschinen
und Bearbeitungszentren verwendet wird, um die Werkstückunterstützungsebenen,
die auch als „Paletten" in der Industrie
bekannt sind, zu bewegen; daher wird dieser Begriff, der bereits
etabliert und verbreitet ist, im Folgenden verwendet.
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Genauer
gesagt betrifft die Erfindung eine Art automatische Vorrichtungen,
die oft als „APC" (Automatic Pallet
Changer) abgekürzt
wird, welche die Funktionen des Ladens/Entladens bearbeiteter Werkstücke, die
auf Paletten angeordnet sind, und solcher, die noch zu bearbeiten
sind, durchführt.
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Diese
Vorrichtungen sind im Wesentlichen durch zwei horizontale Gabeln,
die sich von gegenüberliegenden
Seiten eines mittleren Unterstützungsmechanismus
erstrecken, gebildet, auf denen jeweils Paletten angeordnet sind;
der Mechanismus dreht die Gabeln um eine vertikale Achse, wobei
er dabei die Position davon durch eine Drehung von 180° invertiert,
darauf folgend wird eine Palette, die an der Gabel vorgesehen war
und nach außen
in Bezug auf die Maschine gerichtet ist, nach innen bewegt, und umgekehrt.
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Vorrichtungen
dieser Art sind auch aus den
japanischen
Patenten Nr. 4-105834 (Hamai Sangiyou) und
9-136236 (Hitachi), und aus dem
US Patent Nr. 5,992,608 (Ahn)
bekannt: allerdings weisen diese Anordnungen auf, die hinsichtlich
ihrer Verwendungsmöglichkeiten
eingeschränkt
sind.
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In
der Tat, wenn große
Werkstücke
zu bearbeiten sind oder in dem Fall von kompakten Werkzeugmaschinen,
d. h. wenn der Abstand zwischen den Gabeln und der Position, in
der das Werkstück bearbeitet
wird, begrenzt ist, erstrecken sich die Gabeln in die Bearbeitungszone,
was zu einer Reihe von Schwierigkeiten führt.
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Zunächst sollte
angemerkt werden, dass die Anwesenheit der Gabeln sich nicht mit
den Bewegungen des Tisches, wo die Palette bestückt ist, verträgt, wenn
der Tisch von neigbar ist, wie beispielsweise in der
europäischen
Patentanmeldung Nr. 1 080 828 , Mori Seiki.
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In
der Tat kann festgestellt werden, dass in einer solchen Situation
die beiden Arme der Gabel, die sich horizontal erstrecken, die Neigbewegungen des
Tisches behindern würden.
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Ein
weiterer Nachteil, der durch die Anwesenheit der Gabeln in der Bearbeitungszone
verursacht wird, besteht darin, dass die Späne, die während der Bearbeitung erzeugt
werden, auf den Gabeln abgelagert werden und daher nicht korrekt
entfernt werden können;
ferner kann die überhöhte Ansammlung
von Spänen über die
Zeit Funktionsstörungen
der Gabeln bewirken oder zu Schwierigkeiten während der Palettenwechselvorgänge führen. Um die
obigen Schwierigkeiten zu lösen,
wurden Palettenwechselvorrichtungen entwickelt, in denen die Gabeln
mit Armen vorgesehen sind, die weit geöffnet werden können, d.
h. sie können
sich in ihrer Ebene drehen, um sie von der Bearbeitungszone mit
einer Bewegung ähnlich
der von Scheren zu entfernen.
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Allerdings
ist eine Lösung
dieser Art nicht besonders zur Bearbeitung von schweren Werkstücken geeignet,
da das Gewicht der Werkstücke
lediglich durch die Gelenke der Scherenarme gestützt wird, was eine mechanische
Oberdimensionierung der Struktur notwendig macht, die teuer sein
kann.
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Alternativ
ist es möglich
andere Palettenwechselvorrichtungen als die, die Gabeln aufweisen, zu
verwenden, die mit Gleitern oder Trägern vorgesehen sind, die entlang
von Führungen,
die sich zwischen der Werkzeugmaschine und der Palettenladestation
erstrecken, bewegbar sind: diese Art erhöht wesentlich die Zeit für Wechselvorgänge und daher
die gesamte Bearbeitungszeit. Die vorliegende Erfindung zielt darauf
ab die Nachteile, die in dem oben genannten Stand der Technik auftreten,
zu überwinden.
D. h. es ist die Aufgabe der Erfindung eine Palettenwechselvorrichtung
mit Gabeln bereitzustellen, die eine hohe Ladekapazität aufweist
und in der die Gabeln von der Bearbeitungszone weg bewegt werden
können,
um nicht die Bewegungen des Werkstück tragenden Tisches zu behindern,
im Besonderen in dem Fall eines neigbaren Tisches.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, in der die Gabeln bezüglich einer
horizontalen Achse gedreht (folded) werden können; in der Tat erlaubt diese
Konfiguration den Gabeln gedreht werden zu können, bis sie in eine vertikale
Ebene gebracht sind, wobei dabei jegliche Behinderung, die dadurch
entsteht, nicht nur in der Bearbeitungszone, sondern auch der Zone
des Ladens und Entladens von Paletten, eliminiert wird.
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Ferner
sind entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die
Gabeln mit Hebeln vorgesehen, an denen Betätigungsmittel arbeiten können. Die
Betätigungsmittel
steuern die Drehung der Gabeln und kompensieren das Gewicht der Last,
die auf den Paletten anliegt: Das erlaubt eine leichtere Struktur
der Gabeln bezüglich
der Lasten, die sie tragen können.
Die speziellen Merkmale der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen dargelegt;
sie werden besser verstanden werden können durch die Beispiele, die
weiter unten mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben
werden, wobei:
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1 eine
axonometrische Ansicht einer Werkzeugmaschine entsprechend der Erfindung
ist;
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2 eine
detaillierte Ansicht einer Palettenwechselvorrichtung der Werkzeugmaschine
von 1 ist;
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3 eine
Vorderansicht der Vorrichtung von 2 ist;
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4 eine
Ansicht ähnlich
der vorhergehenden ist, wobei die Vorrichtung teilweise zerlegt
ist;
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5 eine
Querschnittsansicht der Vorrichtung ist, die entlang der Linie V-V
von 3 genommen ist;
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6 eine
detaillierte Ansicht des oberen Bereichs der Vorrichtung der vorhergehenden
Figuren ist.
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen ist 1 eine Draufsicht
einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von elektronischen Bausteinen
(Chips), in der eine Spindel 1, die eine horizontale X
Achse aufweist, so gestützt
ist, dass sie entlang der Y und Z Achsen eines kartesischen Koordinatensystems,
das in einer vertikalen Ebene liegt, mittels eines Systems von Gleitern 2 und
Führungen 3,
die an sich bekannt sind, die an einer Art Portal-Unterstützungsstruktur 5 angeordnet
sind, verschiebbar ist.
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In 1 ist
hinter der Struktur eine Verarbeitungseinheit 7 einer Flüssigkeit
zum Kühlen
und Anordnen der Chips und eine elektrische Bedienkonsole 8 gezeigt,
wobei ein Arbeitstisch 9, auf dem die Palette 10 mit
dem Werkstück
positioniert ist, vor der Spindel 1 angeordnet ist.
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Der
Tisch 9 kann sich auf eine bekannte Weise um eine Achse
drehen, die quer zu der der Spindel 1 gelegen ist und kann
sich auch weg und in Richtung der Spindel 1 (entlang von
Führungen,
die nicht in den Zeichnungen gezeigt sind) zwischen einer Bearbeitungsposition,
in der ein Werkstück, das
auf dem Tisch 9 geladen ist, durch ein Werkzeug bearbeitet wird
und einer von der Spindel 1 entfernten Nichtbearbeitungsposition,
in welcher der Austausch der Paletten 10 mittels der Vorrichtung 20 durchgeführt wird, bewegen.
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Die
Vorrichtung 20 ist getrennt in den 2–6 gezeigt
und, wie daraus ersichtlich ist, umfasst sie einen allgemeinen Unterstützungsrahmen 21,
an dem Gabeln 23, 24 an gegenüberliegenden Seiten eines mittigen
Aufbaus 25 für
ihren Betrieb und ihre Unterstützung
angeordnet sind.
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Der
Aufbau 25 umfasst eine hohle Achse 27, die an
Lagern innerhalb eines hydraulischen Zylinders 29 angebracht
sind, so dass sie sich um ihre eigene Achse drehen können; ein
Zahnrad ist an dem oberen Ende der Achse 27 angebracht,
so dass die letztere axial relativ zu dem Rad gleiten kann, in Abhängigkeit
einer Wirkung, die weiter unten beschrieben wird.
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Das
axiale Gleiten der Achse 27 kann auf jede bekannte Weise
realisiert sein, beispielsweise mit einer verzahnten Verbindung
oder anders; die hohle Ausbildung der Achse 27 erlaubt
den verschiedenen Röhren
für die
Betriebsflüssigkeiten
und Versorgungsleitungen der Komponenten der Vorrichtung sich durch
die Achse 27, wie weiter unten beschrieben wird, zu erstrecken.
Das Zahnrad 30 steht mit einer Zahnstange 31 im
Eingriff, die in der oberen Zone des Rahmens 21 angeordnet
ist und die longitudinal durch einen hydraulischen Antrieb 32 so
bewegt wird, dass aufgrund ihrer Verschiebung das Zahnrad 30 gezwungen
wird sich zusammen mit der hohlen Achse 27 um eine vertikale
Achse V zu drehen.
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An
dem unteren Ende unterstützt
die Achse 27 eine Basis 35, an der die Gabeln 23, 24 an
jeweiligen Anschlussstiften angelenkt sind; die Basis 35 der
Unterstützungsanordnung 25 nimmt
auch die verschiedenen Elemente, die an der Drehung der Gabeln 23, 24 beteiligt
sind, auf.
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Tatsächlich können die
Gabeln 23, 24 relativ zu den Anschlussstiften 36, 37 zwischen
einer horizontalen Position zum Laden von Paletten und einer vertikalen
Position, in der sie nahe der Basis 35 bewegt werden; gedreht
werden; 5 zeigt die Gabel 23 in
einem horizontalen Zustand, die mit einer Palette 10 beladen
ist, während
die Gabel 24 vertikal angeordnet ist, um sich innerhalb
der Abmessung der Basis 35 zu befinden.
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In
dieser Ausführungsform
der Erfindung erstrecken sich Hebel 38, 39 vorteilhaft
von der gegenüberliegenden
Seite der Gabeln, bezüglich
der Stifte 36, 37.
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Diese
Hebel sind jeweils mit hydraulischen Buchsen 41, 42 verbunden,
welche die Drehung der Gabeln von dem horizontalen Zustand in den
vertikalen Zustand, und umgekehrt, entsprechend der Betriebsphase
der Palettenwechselvorrichtung steuern; zu diesem Zweck erstrecken
sich die Bewegungsschafte 43, 44 der Buchsen durch
einen Querträger 47,
der an der Basis 35 der Anordnung befestigt ist.
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Dieser
Querträger
fungiert als Bewegungsbegrenzung für die Bewegung der Hebel 38, 39, wenn
die jeweilige Gabel 23, 24 in dem horizontalen Ladezustand
angeordnet ist; diese Situation entspricht der, die in 5 für die Gabel 23 gezeigt
ist.
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Auf
der anderen Seite erstreckt sich in dem vertikalen Zustand der Gabeln
der Schaft 43, 44 der entsprechenden Buchsen 41, 42 nach
unten über den
Querträger 47 hinaus,
wobei er auf den entsprechenden Hebel 38, 39 drückt; diese
Situation entspricht der Gabel 24 zur rechten in 5,
wobei der Pfeil die Drehung davon anzeigt.
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Die
Hebe- und Senkbewegungen der mittleren Anordnung 25 werden
in dem unteren Bereich durch einen Stift 50 an dem Rahmen 21 geführt, wobei
der Stift 50 mit einer zylindrischen Hülse 51 verbunden ist,
die an der Unterseite der Basis 35 der oben genannten Vorrichtung
vorgesehen ist.
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Aus
dem vorgesagten kann der Betrieb der Vorrichtung 20 zum
Wechseln von Paletten in der Werkzeugmaschine von 1 verstanden
werden.
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In
der Tat werden die neuen Paletten 10 mit einem zu bearbeitendem
Werkstück
auf die Gabel geladen, die in diesem Moment nach draußen in Bezug
auf die Maschine gerichtet ist (die mit 23 in 1 bezeichnete
Gabel).
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Nachdem
die Palette geladen wurde, wird die mittlere Anordnung 25 angehoben
und um 180° durch
Betreiben des hydraulischen Zylinders 29 und der Zahnstange 32,
die mit dem Zahnrad 30 in Eingriff steht, gedreht: das
wird durch das axiale Gleiten der hohlen Achse 27 relativ
zu dem oben genannten Rad ermöglicht.
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Wenn
die Drehung abgeschlossen ist, wird die mittlere Anordnung gesenkt,
so dass die Palette mit dem zu bearbeitenden Werkstück auf dem
Arbeitstisch 9 abgelegt werden kann, der sich in der Nichtbearbeitungsposition
entfernt von der Spindel befindet; zur selben Zeit kann die Palette
mit dem Werkstück,
das gerade bearbeite wurde, von der anderen Gabel entfernt werden,
die sich jetzt außerhalb befindet,
um ein neues Werkstück
zu laden.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird der Arbeitstisch 9, mit der darauf
beladenen Palette gezwungen, sich der Spindel 1 zu nähern, um
einen neuen Bearbeitungsvorgang zu beginnen; die Gabel, die der
Palette zugeordnet wurde, wird in die vertikale Position durch Betreiben
der entsprechenden Buchse 41 oder 42 bewegt.
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Die
Buchse wird zurückgefahren,
wenn die Bearbeitung abgeschlossen ist, so dass die Gabel in den
horizontalen Zustand zurückkehrt,
um nochmals die Palette mit dem bearbeiteten Werkstück zu empfangen,
das durch den Tisch 9 zurückbewegt wird.
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Zu
diesem Punkt wird die mittlere Anordnung wieder angehoben und um
180° gedreht,
um einen neuen Bearbeitungszyklus, wie oben beschrieben, zu beginnen.
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Wie
anerkannt werden kann, erlaubt die Palettenwechselvorrichtung 20 die
Nachteile, die im Stand der Technik auftreten, zu überwinden.
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Zunächst ist
es offensichtlich, dass das Vermögen
die Gabeln 23, 24 vertikal zu halten, jegliche Störung mit
den Bewegungen des Arbeitstischs 9 verhindert, selbst in
dem Fall eines neigbaren Tisches, wie in der betrachteten Ausführungsform.
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Dieses
Resultat wird ohne substantielle Vergrößerung der Abmessung der Vorrichtung
erhalten; in der Tat sind die Elemente, die bestimmungsgemäß das Drehen
der Gabeln bewerkstelligen, alle in der mittleren Unterstützungsanordnung 25 der
Gabeln selbst untergebracht, die auch dazu dient, sie um 180° um die vertikale
Achse zu drehen.
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In
diesem Kontext sollte angemerkt werden, dass die zwei Buchsen 41, 42 von
kleiner Abmessung sind, da sie lediglich zum Drehen der Gabeln von
der vertikalen Bedingung zur horizontalen Bedingung und umgekehrt
verwendet werden, wenn die Gabeln entladen werden (d. h. ohne Paletten);
daher haben sie ausschließlich
das Gewicht der Gabeln und nicht das der Palette oder auch des Werkstücks zu tragen.
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Es
sollte im Besonderen ausgeführt
werden, dass die Verwendung der Hebel 38, 39 wichtige
Vorteile mit sich bringt.
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Beispielsweise
gibt es keine Elemente (wie beispielsweise hydraulische Zylinder,
Mechanismen usw.), die zum Drehen der Gabeln dienen und die durch
die von ihnen definierte Ebene hervorstehen; das erlaubt das Laden
einer Palette auf die Gabeln ohne Behinderung oder Begrenzung, selbst
für große Werkstücke.
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In
der Tat, wenn Betätiger
entlang der Seiten der Gabeln und der mittleren Anordnung (gleichermaßen die
Gelenke von herkömmlichen
zusammenklappbaren Tischen) verwendet werden, um das Drehen der
Gabeln zu gewährleisten,
könnten
Schwierigkeiten in dem Fall von Werkstücken, die von der Palette hervorstehen,
auftreten.
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Auf
der anderen Seite kann anerkannt werden, dass, da die Hebel jenseits
der Drehachse der Gabeln angeordnet sind, sie in keiner Weise die
Ladebene der Paletten begrenzen.
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Es
sollte ferner betont werden, wie in dem horizontalen Zustand der
Gabeln die Hebel 38, 39 erlauben, das Gewicht
der Palette mit dem darauf geladenen Werkstück ohne übermäßige Abmessungen der verschiedenen
Elemente, die einbezogen sind, zu benötigen, auszugleichen.
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Das
liegt daran, dass die auf die Hebel aufzuwendende Kraft definitiv
kleiner ist als die, die durch jegliche andere Art eines Systems
zum Stoppen der Gabeln 23, 24, die in dem Bereich
der Drehstifte davon arbeiten, benötigt wird.
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Ferner
vermeidet die spezielle Lösung
der oben genannten Ausführungsform,
in welcher der Querträger 47 die
Stoppangrenzung der Hebel 38, 39 für die Bewegungsgrenze
der Drehung der Gabeln bildet, die Notwendigkeit der Verwendung der
Buchsen 41, 42 für diese Funktion; in der Tat
kann anerkannt werden, dass in Abwesenheit des oben genannten Querträgers die
Bewegungsbegrenzungshandlung durch die Buchsen durchgeführt werden müsste.
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Infolgedessen
können
die Buchsen jetzt kleinere Abmessungen aufweisen, da sie, wie oben
dargestellt ist, lediglich verwendet werden, um die Gabeln von dem
horizontalen Zustand in den vertikalen Zustand, und umgekehrt, zu
bewegen, wenn sie nicht beladen sind.
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Naturgemäß sind Varianten
der Erfindung bezüglich
der obigen Beschreibung möglich.
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Beispielsweise
ist es möglich,
dass das System zur Durchführung
der 180° Drehung
und der Anhebung der mittleren Unterstützungsanordnung 25 für Gabeln
von dem, das in den Zeichnungen gezeigt ist, verschieden sein kann;
infolgedessen kann die hohle Achse 27 mit dem Zahnrad 30 und
der Zahnstange 31 durch andere Mechanismen ersetzt werden,
die demselben Zweck dienen.
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Auf
die gleiche Weise kann der hydraulische Zylinder 28, der
die Vorrichtung 25 vertikal anhebt und absenkt, durch andere äquivalente
Mittel ersetzt werden oder in einem unteren Bereich anstatt in dem oberen
Bereich angeordnet sein.
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Es
sollte allerdings betont werden, dass die säulenförmige Anordnung der gesamten
mittleren Anordnung 25 den Mitteln zum Drehen der Gabeln erlaubt,
darin enthalten zu sein, ohne zu einer deutlichen Vergrößerung der
Abmessungen der Vorrichtung als Ganzes zu führen.
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Bezüglich der
Gabeln ist es auch möglich, verschiedene
Anordnungen aufzuweisen; beispielsweise könnten entsprechend einer bevorzugten
Ausbildung die Gabeln mit einem Basisabschnitt gefertigt sein, der
an den Stiften 36, 37 angelenkt ist, an welche
die Arme an der einen Seite und die Hebel an der anderen Seite befestigt
sind.
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Eine ähnliche
Lösung
erlaubt ein einfacheres Anbringen der Gabeln an der mittleren Vorrichtung und
die Möglichkeit
des Durchführens
der Wartung der Arme oder Hebel ohne die Anlenkungsstifte 36, 37 zu
demontieren.
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Es
sollte auch bemerkt werden, dass die Drehung der Gabeln auch nach
unten gerichtet sein kann, anstatt nach oben wie in der Ausführungsform, die
in den Zeichnungen dargestellt ist; in einem solchen Fall könnten Änderungen
bezüglich
der Position der Buchsen oder des Querträgers 47 auftreten.