DE68909148T2

DE68909148T2 - Greifer für Gegenstände.

Info

Publication number: DE68909148T2
Application number: DE89108792T
Authority: DE
Inventors: Robert C Dreisig; David I Mcdonald
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1988-08-23
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2009-05-17
Also published as: US4858980A; EP0355271A3; DE68909148D1; EP0355271B1; JPH0259243A; EP0355271A2

Description

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf den Bereich von Greifern für Gegenstände und insbesondere Werkzeuggreifer, wie sie für Werkzeugsvorratskassetten eingesetzt werden, und auf Greifermechanismen wie etwa Teileinlegevorrichtungen, die im Zusammenhang mit Werkzeugmaschinen verwendet werden.
Eine Vielfalt von Greifern für Gegenstände wird im Zusammenhang mit Maschinen zur Handhabung von Werkzeugen und Teilen eingesetzt, wobei die Werkzeuggreifer oft so ausgebildet sind, daß sie ein Paar Finger oder Klemmbacken aufweisen, die in einer klemmähnlichen Bewegung geöffnet und geschlossen werden können, um den gewünschten Artikel zu erfassen. Meist sind die Greiferfinger relativ zueinander durch Fluidkraftbetätigungselemente wie Luftzylinder angetrieben. Die Vorrichtungen sind auch häufig mit einem "ausfallsicheren" Mechanismus ausgestattet, um ein Festhalten des Gegenstands für den Fall zu gewährleisten, daß der Antrieb ausfällt.
In der EP-A-0050797 ist ein Greifer für Gegenstände dargestellt, der einen Grundkörper umfaßt, welcher Mittel zum Befestigen des besagten Grundkörpers an einem Greiferträger aufweist, sowie eine erste und zweite Klemmbacke auf dem besagten Grundkörper, die hinsichtlich einer Bezugsachse gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die besagte erste Klemmbacke wenigstens bezüglich der besagten Bezugsachse auslenkbar ist. Ein Federmittel ist vorgesehen, um die besagte erste Klemmbacke an dem besagten Grundkörper zu befestigen, und es ist eine Aussparung zwischen den besagten Klemmbacken vorgesehen, um einen Gegenstand einzusetzen und zu entnehmen, wenn die besagten Klemmbacken und der Gegenstand relativ zu der besagten Bezugsachse bewegt werden. Ein erstes Nockenmittel ist auf der besagten ersten Klemmbacke vorgesehen, um mit einem Gegenstand in Berührung zu kommen, der in den besagten Greifer eingesetzt wird, und ein zweites Nockenmittel ist auf der besagten ersten Klemmbacke vorgesehen, um mit einem Gegenstand in Berührung zu kommen, der aus dem besagten Greifer entnommen wird.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Greifer für Gegenstände herzustellen, dessen Entnahmekraft für ein Teil wesentlich größer ist als die Einsetzkraft für ein Teil.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Federmittel erreicht, das eine relativ große Federkonstante in einer ersten Richtung aufweist, während es eine relativ niedrige Federkonstante in einer zweiten Richtung quer zu der besagten ersten Richtung aufweist, wobei eine Wirkungslinie durch das erste Nockenmittel in einer Richtung quer zu der besagten ersten Richtung definiert wird und die besagte Wirkungslinie eine Einsetzkraftkomponente erhält, wenn eine Einsetzkraft auf einen Gegenstand entlang der besagten Bezugsachse ausgeübt wird, und wobei eine zweite Wirkungslinie durch das zweite Nockenmittel in einer Richtung näherungsweise parallel zu der besagten ersten Richtung definiert wird und die besagte zweite Wirkungslinie eine Entnahmekraftkomponente erhält, wenn eine Entnahmekraft auf einen Gegenstand entlang der besagten Bezugsachse ausgeübt wird. Auf diese Weise lenken die Einsetzkraftkomponente und die besagte Entnahmekraftkomponente die besagte erste Klemmbacke hinsichtlich der besagten Bezugsachse aus, und das Verhältnis von Entnahmekraft zu Einsetzkraft ist größer als 1.
Vorzugsweise ist das besagte Verhältnis größer 1,1, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 2,6, und liegt vorzugsweise zwischen 1,3 und 2,4.
Die zweite Klemmbacke kann zusammen mit dem Grundkörper ein festes Teil bilden, wobei die Greiferfläche auf der ersten Klemmbacke so geformt ist, daß sie mit der Außenfläche eines Gegenstandes zusammenpaßt und die Außenfläche des besagten Gegenstands teilweise umgreift, um den besagten Gegenstand auf der besagten zweiten Klemmbacke festzuhalten.
Alternativ können beide Klemmbacken identisch sein.
Vorteilhafterweise umfaßt das Federmittel eine Anzahl paralleler Blattfedern, die zur gemeinsamen Wirkung verbunden sind, wobei sich die besagte erste Richtung in Längsrichtung der besagten Blattfedern erstreckt.
Der Greifer für Gegenstände kann einteilig aufgebaut sein.
Vorzugsweise wird der Greifer für Gegenstände durch Abformen hergestellt, wobei er aus einem Kunststoffmaterial wie einem thermoplastischen oder duroplastischen Harz geformt ist.
Es folgen nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierte Beschreibungen verschiedener Ausführungsformen, die im Hinblick auf die beispielhafte Erläuterung der Erfindung ausgewählt sind. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von vorn eines mehrachsigen, horizontalen Bearbeitungszentrums mit einer kettenartigen Werkzeugvorratsmatrix;
Fig. 1a eine Vorderansicht einer scheibenartigen Werkzeugsvoratsmatrix;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Werkzeugs und Werkzeughalters;
Fig. 3a-3e eine Abfolge von Bewegungen für einen Werkzeugwechsel;
Fig. 4 eine Vorderansicht eines Werkzeuggreifers, der eine erste Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 5 eine Seitenansicht des Werkzeuggreifers nach Fig. 4;
Fig. 6 eine Draufsicht von unten auf den Werkzeuggreifer nach Fig. 4;
Fig. 7 eine Schnittansicht durch den Werkzeuggreifer entlang der Linie 7-7 in Fig. 4;
Fig. 8 eine Schnittansicht durch eine Greiferklemmbacke entlang der Linie 8-8 in Fig. 4;
Fig. 9 eine schematische Ansicht des Werkzeuggreifers nach Fig. 4;
Fig. 10 eine Ansicht des Werkzeuggreifers nach Fig. 9, die zeigt, wie ein Werkzeug eingesetzt wird;
Fig. 11 eine Ansicht des Greifers nach Fig. 9, die zeigt, wie ein Werkzeug entnommen wird;
Fig. 12 eine Vorderansicht eines symmetrischen Werkzeuggreifers;
Fig. 13 eine graphische Darstellung, die die Werkzeugentnahmekraft über dem Werkzeugweg für einen gegossenen Werkzeuggreifer zeigt;
Fig. 14 eine Seitenansicht eines kettenartigen Werkzeugträgers mit einer Vielzahl von Werkzeuggreifern;
Fig. 15 eine teilweise Vorderansicht eines Antriebsritzels zum Antrieb mehrerer Ketten;
Fig. 16 eine Vorderansicht eines durch Spritzgießen hergestellten Werkzeuggreifers;
Fig. 17 eine Draufsicht von unten des gegossenen Werkzeuggreifers nach Fig. 16;
Fig. 18 eine Draufsicht von oben auf den gegossenen Werkzeuggreifer nach Fig. 16;
Fig. 19 eine Seitenansicht von rechts auf den gegossenen Werkzeuggreifer nach Fig. 16;
Fig. 20 eine Seitenansicht von links auf den gegossenen Werkzeuggreifer nach Fig. 16;
Fig. 21 eine Seitenansicht von hinten auf den gegossenen Werkzeuggreifer nach Fig. 16;
Fig. 22 eine Schnittansicht entlang der Linie 22-22 in Fig. 16;
Fig. 23 eine Seitenansicht im Schnitt entlang der Linie 23-23 in Fig. 16;
Fig. 24 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeuggreifers in einem Mitnehmersystem;
Fig. 25 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeuggreifersystems in einem vertikalen Bearbeitungszentrum;
Fig. 26 eine Explosionsdarstellung des Werkzeuggreifers nach Fig. 25; und
Fig. 27 eine perspektivische Ansicht einer Drehmaschine, die Greifer in einem Werkstückzuführgerät verwendet.
Fig. 1 der Zeichnungen zeigt eine Maschine 10, die als horizontales Bearbeitungszentrum ausgebildet ist, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Die Maschine 10 hat einen rückwärtigen Sockel 11, der eine in X- Richtung verschiebliche Säule 12 trägt, während die Säule 12 ihrerseits einen vertikalen Schlitten 13 trägt, der in Y- Richtung verschieblich ist. Der Schlitten 13 trägt einen Spindelträger 14, der auf dem Schlitten 13 in Z-Richtung beweglich ist, so daß eine Drehspindel 15 drei aufeinander senkrecht stehende Bewegungsrichtungen aufweist. Geeignete Antriebe sind dargestellt, um die Maschinenteile in Bewegung zu versetzen. Ein Bearbeitungszentrum 10 dieser Bauart ist als Modell HPMC (Hochleistungsbearbeitungszentrum) über Cincinnati Milacron Inc., der Anmelderin dieser Erfindung, kommerziell verfügbar. Hier sei bemerkt, daß, während eine bevorzugte Anordnung der X-, Y- und Z-Bewegungen dargestellt ist, andere Bauarten horizontaler Bearbeitungszentren ebenso die insgesamt drei Bewegungsrichtungen der Maschinenspindel aufweisen, wobei die einzelnen Elemente in ihren Bewegungsrichtungen variieren können. Die Maschine 10 hat einen vorderen Sockel 16, der im Verhältnis zum hinteren Sockel 11 festliegt und zur Befestigung eines Werkstücks darauf zur Maschinenbearbeitung geeignet ist. Das Werkstück und die Art der Befestigung sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung und werden zum Zweck der Klarheit weggelassen.
Der hintere Sockel 11 trägt einen Werkzeugträger 17, der im wesentlichen ein Kettenmatrix-Werkzeugvoratsmechanismus ist, in dem teilespezifische Werkzeuggreifer 18 entlang der Teilungslinie 19 der Kette 20 angeordnet sind. Der Werkzeugträger 17 ist mit einem Bodenteil 21 am hinteren Sockel 11 befestigt und hat an seinem oberen Ende zum Positionieren der Kette 20 für Werkzeugwechsel einen Antriebsmotor 22 und ein Getriebe 23. Drei repräsentative Werkzeuggreifer 18 sind dargestellt, deren Mittelbereich leer ist und zur Aufnahme eines von der Maschinenspindel 15 gehaltenen Werkzeugs 24 bereitsteht. Der Greifer 18 ist vertikal mit der Spindel 15 ausgerichtet, so daß eine X- Bewegung genügt, um das Werkzeug 24 in den Werkzeuggreifer 18 einzusetzen.
Unter kurzer Bezugnahme auf Fig. 2 ist ein repräsentatives Werkzeug 25 dargestellt, wobei das vorhandene Schneidwerkzeug 26 von verschiedener Art sein kann (Kopffräser, Bohrer usw.) und an einem üblichen Werkzeughalter 27 befestigt ist. Der dargestellte Werkzeughalter 27 ist von bekannter Bauart, die als "V-Flansch"-Werkzeughalter bekannt ist, wobei ein kreisförmiger Flansch 28 mit einer ringförmigen V-Nut 29 für Greifzwecke beim Wechseln von Werkzeugen versehen ist. Der Werkzeughalter 27 hat einen konischen Schaft 30, der in einem zusammenwirkenden, konischen Sockel 31 der Werkzeugspindel 15 aufgenommen wird. Der Werkzeughalter 27 weist an seinem hintersten Ende einen üblichen Halteansatz 32 auf, so daß interne Haltemittel 33 den Werkzeughalter 27 in festes Zusammenwirken mit der Spindel 15 ziehen können. Obere und untere Klemmbackenprofile 34, 35 sind dargestellt, die das Werkzeug an seinem Flansch 24 tragen. Das interne Haltemittel 33 kann einer der vielfältigen, bekannten Mechanismen sein und ist kein Teil dieser Erfindung, wobei für Fachleute wichtig ist, daß das interne Haltemittel 33 der Spindel 15 selektiv mitbetätigt werden kann, um das Werkzeug zu gewünschten Zeiten festzuklemmen und zu lösen. Ein Beispiel eines Haltemittels ist im US-Patent 4605349 (K.F. Bone) gezeigt, das für Cincinnati Milacron Inc., der Anmelderin der vorliegenden Erfindung, erteilt ist.
Um die Größenverhältnisse der erfindungsgemäßen Greifer in Bezug auf den Stand der Technik darzustellen, können zwei übliche, mit Flanschen versehene Werkzeughalter als beispielhaft betrachtet werden; ein Kegelwerkzeughalter Nr. 50, bei dem Abmessungen "D" und "L" ungefähr 3,656 inch (9,374 cm) und 4,362 inch (11,184 cm) sind; und ein Kegelwerkzeughalter Nr. 40, bei dem "D" und "L" ungefähr 2,280 inch (5,846 cm) und 3,049 inch (7,817 cm) sind.
Darüber hinaus sind bestimmte Stellungsangaben - z.B. "obere" und "untere" - lediglich beispielhaft und zur Unterstützung des Lesers angegeben, und nicht als Beschränkung auf irgendeinen speziellen Bezugsrahmen. Es ist beabsichtigt, daß eine Vielzahl von Werkzeughaltern 27 in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; z.B. solche, die andere Oberflächen haben als der dargestellte V-Flansch und solche, die einen geraden Schaft anstelle des kegelförmigen Schafts 30 haben. Fig. 1 zeigt auch eine automatische Steuerung 36, z.B. eine numerische Computersteuerung (CNC), die zusammen mit der Maschine 10 zum automatischen Betrieb eingesetzt wird. Eine solche Steuerung ist über Cincinnati Milacron Inc., der Anmelderin der vorliegenden Erfindung, verfügbar und im Handel als ACRAMATIK 850 CNC-Steuerung bekannt.
Die in Fig. 1 dargestellte Maschine hat keinen separaten Werkzeugwechselarm, wie er in vielen kommerziell verfügbaren Bearbeitungszentren zu finden ist; statt dessen nutzt die Maschine die Bewegungen der Spindel 15 in den Koordinatenrichtungen aus, wobei sie mit dem Werkzeuggreifer 18 zusammenwirkt, um den Werkzeugwechselvorgang auszuführen. Für Fachleute ist es wichtig, daß in Übereinstimmung mit dem offenbarten Prinzip ein separater Werkzeugwechselschlitten oder Werkzeugwechselarm in bestimmten Fällen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.
Fig. 1a erläutert eine scheibenartige Werkzeugmatrix 17a für einen abwechselnden, wenig dichten Vorrat an Werkzeugen 25, während eine Anzahl von Werkzeuggreifern 18 auf in der beiden Richtungen drehbaren Scheibe 37 befestigt sind, die auf der dem hinteren Sockel 11 getragen ist.
Fig. 3a - 3e zeigen eine Vorgangsfolge zum Wechseln von Werkzeugen auf der Maschine 10 nach Fig. 1 wie folgt:
Fig. 3a zeigt, wie die Spindel 15 radial in Pfeilrichtung - Schritt 1 - bewegt wird, welches die X-Bewegungsrichtung der Maschine 10 ist. Das Werkzeug 25a wird in den leeren Greifer 18a eingesetzt, wobei die untere und obere Klemmbacke in zusammenwirkender Weise in den Flansch greifen (s. Fig. 2).
Fig. 3b zeigt, wie die Spindel 15 in Pfeilrichtung zurückgezogen wird - Schritt 2 -, nachdem das interne Haltemittel den Werkzeughalteansatz losgelassen hat. Schritt 2 ist die Z-Bewegungsrichtung auf der Maschine 10.
Fig. 3c erläutert, wie der zunächstliegende, untere Greifer 18b und sein Werkzeug 25b nach oben in Flucht mit der Maschinenspindel 15 bewegt wird, indem die Werkzeugträgerkette 20 in Pfeilrichtung bewegt wird - Schritt 3;
Fig. 3d zeigt, wie die Spindel 15 durch Bewegung in Pfeilrichtung - Schritt 4 - zum Zusammenwirken mit dem nachfolgenden Werkzeug 15b vorgerückt ist. Nach Beenden der Bewegung in Schritt 4 wird das interne Haltemittel betätigt, um den Werkzeughalteansatz zu erfassen;
Fig. 3e zeigt, wie das Werkzeug 25b aus dem Werkzeuggreifer 18b durch Bewegung der Spindel und des Werkzeugs in Pfeilrichtung - Schritt 5 - entnommen wird. Die Maschine 10 ist nun bereit zur Aufnahme von Bearbeitungsvorgängen.
Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht eines typischen Werkzeuggreifers 38, der sich geringfügig von dem in Fig. 1 dargestellten unterscheidet, so wie er an der Stellung zum Werkzeugwechsel erscheint. Der abgebildete Greifer 38 wurde aus einer Platte aus "Delrin" 150 Azetalharz hergestellt, eines bekannten technischen Thermoplasten. Der Greifer 38 hat eine einheitliche Breite und wird bei Bedarf mit einem Erweiterungsblock 39 versehen, der in den Hauptkörper 40 des Greifers 38 eingesetzt und von Kopfschrauben 41 gehalten wird, die von der Rückseite durchgesteckt werden. Der Erweiterungsblock 39 ist unten im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben. Die in Fig. 4 abgebildete Greiferform wird als "asymmetrische" Ausführung bezeichnet, d.h. daß die oberen und unteren Klemmbacken 42, 43 nicht identisch sind und nicht in identischer Weise auf dem Hauptkörper 40 des Greifers 38 abgestützt sind. Die untere Klemmbacke 43 weist einen viertelkreisförmigen Ausschnitt 44 auf, dessen Form dem Querschnitt des Werkzeughalters 25 entlang einem Durchmesser des V-Flanschs 28 (s. Fig. 5) entspricht. Das ausladende Ende 45 der unteren Klemmbacke 43 läuft tangential zum Ausschnitt 44 und hat ebenfalls einen zusammenwirkenden Querschnitt. Die untere Klemmbacke 43 bildet ein Teil mit dem Hauptkörper 40, ist relativ steif und hat eine einheitliche Breite zur Aufnahme von Werkzeugen, die in vertikaler Richtung mit der Maschinenspindel 15 zum Zwecke von aufeinanderfolgenden Werkzeugwechseln fluchten müssen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 liegen die oberen und unteren Klemmbacken 42, 43 in der gleichen Ebene, da der Greifer 38 eine einheitliche Breite hat. Wenn Werkzeuge mit geringem Gewicht verwendet werden, oder Werkzeuge, die in Bezug auf die untere Klemmbacke 43 besonders ausbalanciert sind, kann es erforderlich sein, nur den Greiferkörper 40 ohne den Erweiterungsblock 39 zu verwenden. In einem solchen Fall würde der plattenähnliche Körper 40 einfach an den Stiftverbindungen einer einzelnen Kette befestigt, wobei keine Probleme im Zusammenhang mit Kippbewegungen, d.h. solche, die den Greifer aus seiner normalen Stellung zu ziehen versuchen, auftreten würden. Wenn schwere, überhängende Lasten auf verschiedenen Werkzeugen und Werkzeughaltern vorhanden sind, kann es wünschenswert sein, den Erweiterungsblock 39 zu verwenden, der an seinem äußersten Ende ein Paar Zapfenbefestigungslöcher 46 aufweist, die in einer Linie mit ähnlichen Löchern (nicht dargestellt) auf der Rückseite des Greiferkörpers 40 liegen. In diesem Fall werden Tandemketten 47 verwendet (s. Fig. 14), und Greifer 38 und Block 39 werden als eine Einheit an beiden Ketten 47 befestigt. In manchen Fällen kann es auch wünschenswert sein, Versteifungsplatten 48 in der in Fig. 26 gezeigten Weise mit dem Greifer 38 schichtweise zu verbinden, um ein Verziehen aus der Ebene der Klemmbacken 42, 43 zu verhindern.
Die obere Klemmbacke 42 des Greifers 38 hat eine gebogene Greiferfläche 49, die wie der Ausschnitt 44 der unteren Klemmbacke an den Querschnitt des V-Flanschs des Werkzeughalters angepaßt ist, wobei die größte Abmessung "D" eines Werkzeugflanschs 28 an der mittleren, gegriffenen Stellung auftritt, von der aus im allgemeinen der Kurvenradius einer jeden Klemmbacke gezogen ist. Ein gewisser Überlappungswinkel θ rechts und links vom Mittelpunkt ist vorgesehen und hier ungefähr zu 30º gewählt, so daß das Werkzeug an einer unbeabsichtigten radialen Bewegung gehindert ist, wenn es sich in der gegriffenen Stellung befindet.
Die obere Klemmbacke 42 ist am Hauptkörper 40 des Greifers 38 durch integrale Blattfedern 50 gehalten, die zueinander parallel und von einheitlicher Länge sind, wie in Fig. 7 dargestellt. Bei der Halterung eines ersten Teils auf einem zweiten Teil führt eine seitliche Federbelastung, d.h. normal zu den Blattfederebenen, zu einer seitlichen Verschiebung des ersten Teils, während seine Stellung beibehalten wird (im Fall gleichlanger Blattfedern). In einen solchen Fall treten in gleichen Blattfedern gleiche Spannungen auf. Die abgebildeten Blattfedern 50 sind von geringfügig ungleichen Längen, um in einen besonders geformten Zwischenraum zu passen, und es ist beabsichtigt, daß sich die obere Klemmbacke 42 seitlich biegt, wenn die Blattfedern 50 seitlich ausgelenkt werden. Wenn eine rein seitliche Last auftritt, ist erwünscht, daß die Biegespannung in allen Blattfedern 50 nahezu konstant bleibt, um eine gute Lebensdauer zu erreichen.
Die Spannung in den seitlich ausgelenkten Blattfedern kann entsprechend der folgenden Spannungsformel berechnet werden:
wobei, wenn S konstant als 6000 psi (4052 x 10³nt/cm²) gewählt wird,
d = Dicke der Blattfeder in inch (cm);
L = Länge der Blattfeder in inch (cm);
y = Auslenkung der Blattfeder in inch (cm); und
E = Elastizitätsmodul, 334000 psi (2,256 x 10&sup5;nt/cm²).
Unter Verwendung von d = L² S/3Ey ergibt sich die folgende Tabelle zur Berechnung der Dicke d der Blattfeder aus der Annahme konstanter Spannung: Feder Nr. L, inch (cm) d, inch (cm)
L kann wie in vorliegenden Beispiel durch Auslegung bestimmt werden, denn es ist wichtig, daß die maximale Höhe des Greifers begrenzt ist, wenn erwartet wird, daß jedes entsprechende Kettenglied einen Werkzeuggreifer trägt. Wenn entsprechend benachbarte Glieder freigelassen werden, kann der Werkzeuggreifer natürlich größer sein.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9, 10 und 11 gemeinsam hat der vereinfachte Greifer 51 nur drei Blattfedern, so daß die Erfindung leicht realisiert wird. Fig. 9 zeigt einen repräsentativen, zylindrischen Werkzeughalter 52, der zwischen den oberen und unteren Klemmbacken 53 und 54 erfaßt ist, und es ist wichtig, daß die Klemmbacken 53, 54 vielfältige Ausschnitte haben können, solange der Werkzeughalter 52 zweckmäßig gehalten wird. Es ist auch wichtig, daß der Werkzeughalter 52 nicht rund sein muß, sondern daß eine Vielfalt von Querschnitten ebenfalls erfaßt werden kann, z.B. polygonartige Querschnitte mit drei und vier Vorsprüngen. Fig. 9 erläutert, daß die obere Klemmbacke 53 ein erstes Nockenmittel oder eine Aufnahmenockenfläche 55 (in manchen Fällen eine einfache Schrägung) aufweist, die mit einem aufzunehmenden Werkzeughalter 52 in Berührung kommt, wodurch eine Berührungslinie 56 zwischen den Klemmbacke 53 und dem Werkzeughalter 52 erzeugt wird, entlang der eine Werkzeugeinsetzkraftkomponente "TIFC" gerichtet ist, wenn der Greifer 51 und der Werkzeughalter 52 in Richtung aufeinander durch eine Werkzeugeinsetzkraft "TIF" bewegt werden, die entlang einer horizontalen, radialen Linie oder Bezugsachse "RA", die durch den Mittelpunkt des Werkzeughalters geht, ausgeübt wird. Die Einsetzkraftkomponente "TIFC" wirkt im wesentlichen in einer Richtung quer zur Längsachse der Blattfedern, damit sich diese in seitlicher Richtung verschieben; s. Fig. 10, wo die Werkzeugeinsetzkraft "TIF" durch den breiten Pfeil angedeutet ist. Die obere Klemmbacke 53 wird dabei in der Abbildung nach links und nach oben verschoben, relativ zu einem Bezugspunkt "B", der am Fußpunkt der Blattfedern 57 definiert ist.
Der Greiferausschnitt 58 der oberen Klemmbacke 53 weist ein zweites Nockenmittel oder eine Auslaßnockenfläche 59 auf, die mit der Außenfläche des Werkzeughalters 52 zusammenwirkt, wenn der Werkzeughalter 52 aus dem Greifer 51 entnommen wird, wodurch eine Wirkungslinie 60 für eine Werkzeugentnahmekraftkomponente "TRFC" erzeugt wird, wenigstens während der anfänglichen Bewegung des Werkzeughalters 52 aus dem Werkzeuggreifer 51 heraus. Die Werkzeugentnahmekraftkomponente "TRFC" und die Wirkungslinie 60 erstrecken sich im allgemeinen parallel zu den Längsachsen der Blattfeder, so daß die Blattfedern 57 nicht zu einer seitlichen Verschiebung tendieren, d.h. in der Richtung einer relativ geringen Federkonstante, statt dessen wird die Kraft im wesentlichen in Längsrichtung der Blattfedern aufgebracht und wirkt sich sowohl in Form einer direkten Zugkraft als auch eines Kippmoments aus, welches eine Druckspannung auf den ganz links liegenden Blattfedern erzeugt. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 können die ganz links liegenden Federn daher mit einem etwas dickeren Mittelabschnitt oder Verdickung 50a versehen werden, um einen Ausknicken der Blattfedern 50 unter Druckbeanspruchung zu widerstehen, wodurch sie einander verstärken. Fig. 9 zeigt schematisch, daß die Entnahmekraft "TRF" dazu neigt, die obere Klemmbacke um einen Bezugspunkt "A" zu biegen, d.h. die Klemmbacke 53 neigt dazu, sich als steifer Schwenkarm zu verhalten. Fig. 11 zeigt eine Werkzeugentnahmekraft "TRF", die in Richtung des breiten Pfeils wirkt und die Klemmbacke 53 um einen Weg δ 2 nach oben auslenkt.
Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 4 festgestellt, besitzt die bevorzugte Ausführungsform für einen Greifer 38 zur Verwendung im Werkzeugträger 17 nach Fig. 1 (s. auch Fig.9 bis 11) eine unsymmetrische Form, wobei die untere Klemmbacke 43 mit dem Hauptkörper 40 ein relativ starres Teil bildet und in der Aufnahmestellung mit dem Werkzeugweg ausgerichtet ist (d.h. parallel zur Bezugsachse "RA" ist). Wenn die Greifer 38 anschließend auf die gegenüberliegende Seite des Kettenumlaufs wandern, gegenüber der Werkzeugaufnahme, wirken die Gravitationskräfte gegen die auslenkbare Klemmbacke 42, da der Greifer 38 umgedreht ist. Es ist allerdings nicht notwendig, die genaue Zentrierung des Werkzeughalters auf den umgedrehten Greifern 38 beizubehalten, wenn sich diese in einem Abstand vom Werkzeugwechselbereich befinden. Außerdem ist es wichtig, daß das Gewicht des Werkzeugs dazu neigt, die Klemmbacken an der unteren Biegung des Kettenumlaufs in Fig. 1 zu öffnen, daß aber die relativ große Federkonstante der Blattfedern in Längsrichtung hilft, daß Werkzeug in der Stellung zu halten, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 11 beschrieben ist.
Fig. 12 ist eine modifizierte, symmetrische Ausführungsform eines Werkzeuggreifers 61, wobei sowohl die obere als auch die untere Klemmbacke 62, 63 über eine Anzahl paralleler Blattfedern 65 am Greiferkörper 64 befestigt sind und einen spiegelsymmetrischen Aufbau um die Bezugsachse "RA" bilden.
Es sei bemerkt, daß verschiedenste Konstruktionsmaterialien für den Greiferkörper verwendet werden können, daß aber in der bevorzugten Ausführungsform der technische Kunststoff "Delrin" verwendet wird. Je nach Wahl des Konstrukteurs sind eine ganze Reihe von Kunststoffen geeignet, z.B. eine Vielzahl von thermoplastischen und duroplastischen Harzen. Weiterhin kann Stabmaterial oder Material in Plattenform verwendet werden, oder es können Formen eingesetzt werden, wie sie z.B. beim Spritzgießen hergestellt werden. In Abhängigkeit von Erfordernissen der Konstruktion können bestimmte Verstärkungen, z.B. Glasfaser, mit den Harzen verbunden werden, um die Leistungsfähigkeit des Greifers zu erhöhen.
Fig. 13 ist eine graphische Darstellung, in der die Werkzeugentnahmekraft "TRF" über dem Weg des Werkzeugs vom Nullpunkt bzw. der erfaßten Stellung nach außen aufgetragen i ist. Die vier dargestellten Kurven gelten für das gleiche Teil, nämlich den in Fig. 16 bis 21 abgebildeten, durch Spritzgießen hergestellten Greifer. Ähnliche Kurven könnten für andere Größen gegossener Greifer und maschinenbearbeiteter Greifer aufgetragen werden. Die vier abgebildeten Kurven zeigen den Greifer: als Neuteil; nach 25000 Zyklen; nach 118000 Zyklen; und nach 245000 Zyklen. Da die untere Klemmbacke als im wesentlichen starr betrachtet werden kann, ist die Entnahmefederkraft für die obere Klemmbacke nahezu linear, was sich in der anfänglich positiven Steigung der Kurve 66 vom Nullpunkt ab ausdrückt. Die Spitzenkraft 67 fällt während der getesteten Lebensdauer des Teils etwa ab und es ist ersichtlich, daß ein Abschnitt 68 der Entnahmekraftkurve im negativen Bereich verläuft, d.h. daß die Linie unterhalb der X-Koordinate läuft. Dieser dargestellter Abschnitt mit einer negativen Kraft kommt offenbar daher, daß das inhärente Federverhalten der Greiferbacken dazu neigt, das Teil aus den Backen herauszudrücken - "auszuwerfen" -, was daran liegt, daß die Klemmbacken in Richtung auf den Werkzeugdurchmesser zurückfedern.
Die nachstehende Tabelle enthält Ermüdungsversuchsdaten für einen Werkzeuggreifer im allgemeinen von der Art, wie sie in Fig. 4 erläutert ist, wobei die Werkzeugentnahmekraft und die Werkzeugeinsetzkraft sowie das Verhältnis beider angegeben ist. Tabelle 1 Ermüdungsversuchsdaten für Werkzeuggreifer mit Kegel Nr. 50 Zustand Anzahl der Zyklen Entnahmekraft (kg) Einsetzkraft (kg) Verhältnis wie hergestellt Cimcool-Film aus Kühlmittelspray Verschleißflächen wassergespült Verschleißflächen mit Lösungsmittel gereinigt und getrocknet Cimcool-Film (halbtrocken) Tabelle II Ermüdungsversuchsdaten für Werkzeuggreifer mit Kegel Nr. 40 Zustand Anzahl der Zyklen Entnahmekraft (kg) Einsatzkraft (kg) Verhältnis wie hergestellt Cimcool-Film (halbtrocken) Verschleißflächen mit Lösungsmittel gereinigt
Fig. 14 ist eine Seitenansicht des Werkzeugträgers 17 nach Fig. 1 und erläutert im Detail, wie die Greifer 38 an den Kettengliedern der Tandemketten 47 befestigt werden können. Die Ketten 47 haben eine auf einem Gelenkzapfen 70 gelagerte Rolle 69, die sich durch innere und äußere Gelenkplatten 71, 72 erstreckt und im Werkzeuggreifer 38 und seiner Erweiterung 39 befestigt ist. Die Ketten 47 werden über mit gegenseitigem Abstand angeordnete Ritzel 73, 74 gezogen.
In Fig. 16 bis 23 wird eine gegossene Version eines Werkzeuggreifers 75 beschrieben, wobei bestimmte Konstruktionsänderungen den Gießvorgang erleichtern. Die Greifererweiterung 76 bildet ein einheitliches Teil mit dem Hauptkörper 77, wobei im allgemeinen zylindrische Wände 78 die Zapfenlöcher 79 umgeben. Die Hauptversteifungswand 80 der Erweiterung 76 wurde ausgedünnt und eine ausgehöhlte Tasche 81 wurde zwischen der Wand und den Versteifungsrippen 81, 82, die die rohrförmigen Wände 78 versteifen, gebildet. Der Greifer 75 hat ein Feld von ausgehöhlten Abschnitten 83, 89, die sich von beiden Seiten bis zur mittleren Versteifung 84 (Fig. 23) erstrecken. Die parallelen Blattfedern 85 haben jede die gleiche Länge und Dicke und erstrecken sich von einer gemeinsamen Grundlinie am Hauptkörper 77. Die ausgehöhlten Abschnitte 83, 89 der Klemmbacken 86, 87 erzeugen einen Querschnitt von der Art eines I-Trägers, und die obere Klemmbacke 86 wird mit einer Rippe 88 am erwarteten Durchbiegepunkt "A" relativ zu den Blattfedern 85 weiter verstärkt.
Die in Fig. 21 dargestellte Rückseite der Greifer 75 ist ähnlich aufgebaut, aber die ausgehöhlten Öffnungen 89 erzeugen Rippen, die die Rippen auf der Vorderseite (gestrichelt darestellt) zwecks zusätzlicher Festigkeit überkreuzen. Diese Ausführung spart Material, läßt eine gute Kühlung zu und erleichtert das Eingießen des Materials in die Formen.
Es ist ein sehr wichtiges Merkmal der Greiferbauart aus Kunststoff, daß eine große Ausziehkraft ohne ein Vorspannen der Klemmbacken gegen das erfaßte Teil erzielt wird. Hochbelastete Kunststoffteile können dazu neigen, ihre Vorspannung mit der Zeit aufgrund der Phänomene des Spannungsabbaus und Kriechens zu verlieren.
Fig. 24 zeigt einen Werkzeughalter 90 mit um 180º versetzten Mitnehmernuten 91 in seinem Flansch 92, der von mit der Spindel 94 befestigten Mitnehmern 93 angetrieben wird. In Maschinen, die Mitnehmer 93 verwenden, befindet sich die Spindel 15 jeweils in der gleichen Drehstellung, wenn die Werkzeuge 94 gewechselt werden. Um sicherzustellen, daß die Werkzeuge 94 während der Lagerung ihre korrekte Orientierung beibehalten, kann der Greifer 95 z.B. mit einem Mitnehmerabschnitt 96 auf der unteren Klemmbacke 97 hergestellt sein.
Fig. 25 erläutert die Erfindung, wie sie in einem vertikalen Bearbeitungszentrum 100 mit X-, Y- und Z-Bewegungsrichtung eingebaut ist, wobei die Hauptdrehachse der Maschinenspindel 101 vertikal orientiert ist. Die Werkzeuggreifer 102 des Werkzeugträgers 103 liegen in einer horizontalen Ebene, um Werkzeuge 104 an der Werkzeugaufnahmeposition auszuwechseln. Um ein unerwünschtes Kippen der Klemmbacken 105, 106 in Bezug auf den Hauptkörper 107 des Greifers 102 zu verhindern, sind ein Paar Versteifungsplatten 48 beidseitig gegen den Greifer 104 montiert, wie in Fig. 26 gezeigt. Schrauben 108, die durch den festen Körper 107 und die Platten 48 gehen, sind mit Scheiben 109 und Muttern 110 versehen, um einen leichten Abstand zwischen den Platten 48 und Klemmbacken 105, 106 freizulassen, so daß die von Blattfedern gehaltene, auslenkbare Klemmbacke 105 frei arbeiten kann. Die Platten 48 haben Ausschnitte 111, so daß sie einen Abstand gegenüber dem Werkzeug 104 aufweisen.
Der symmetrische Greifer 61 nach Fig. 12 ist in ähnlicher Weise auf vertikale Systeme (Fig. 25) anwendbar, in Abhängigkeit von den beteiligten Lasten und vom Platz, der entlang der Werkzeugkette verfügbar ist.
In einer weiteren, alternativen Ausführungsform nach Fig. 27 ist der Greifer 112 für Gegenstände in einem Portallader 113 für Werkstücke 114 dargestellt, der häufig zusammen mit Dreh- und Schleifmaschinen eingesetzt wird. Der Lader hat einen Rahmen oder ein Portal 115, der das Maschinenwerkzeug 116 überbrückt, wobei ein Schlitten 117 entlang des Portals in axialer Richtung des Werkstücks 114 bewegbar ist. Der Schlitten 117 trägt seinerseits ein Paar Stempel 118, die radial in Bezug auf das Bearbeitungsstück 114 bewegbar sind und pendelartig hin- und hergehen. Am Ende des Stempels 118 sitzt ein Paar Tandemgreifer 119, die wie ein einziger arbeiten, um ein wellenartiges Bearbeitungsstück 114 zu erfassen. Bei kürzeren Bearbeitungsstücken kann ein Greifer genügen. In bestimmten Systemen aus dem Stand der Technik, z.B. in dem in US-Patent 4348044 (erteilt für Cincinnati Milacron Inc., der Anmelderin der vorliegenden Erfindung) offenbarten, muß der Greifer zwischen der offenen und geschlossenen Stellung angetrieben werden. In der Abbildung in Fig. 27 werden die Greifer mit einer Einsetzkraft über den Durchmesser der zu beschickenden Bearbeitungsteile 114 gedrückt, und die höhere Entnahmekraft dient dazu, den Zugriff auf das Bearbeitungsteil 114 während seiner Verlagerung zur Beschickungszone der Maschine aufrechtzuerhalten. Sobald das Werkstücks in einer Zentrierung gehalten ist, kann der passive Greifer 119 dann vom Bearbeitungsteil 114 abgezogen werden, indem eine Entnahmekraft in Längsrichtung aufwärts auf den Stempel aufgebracht wird. Das beschriebene Beschickungssystem erreicht die Ziele eines effektiven, kostengünstigen und hochzuverlässigen Greifers für Werkstückgegenstände.

Claims

1. Greifer für Gegenstände, umfassend:

einen Grundkörper (40, 51), der Mittel (46) zum Befestigen des besagten Grundkörpers an einem Greiferträger (17) aufweist; eine erste (53) und zweite (54) Klemmbacke auf dem besagten Grundkörper (51), die hinsichtlich einer Bezugsachse (RA) gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die besagte erste Klemmbacke (53) bezüglich der besagten Bezugsachse (RA) auslenkbar ist;

Federmittel (50, 57, 65, 85) zum Befestigen der besagten ersten Klemmbacke (53) an dem besagten Grundkörper (51); eine Aussparung zwischen den besagten Klemmbacken zum Einsetzen und Entnehmen eines Gegenstands (52), wenn die besagten Klemmbacken (53, 54) und der Gegenstand (52) relativ zu der besagten Bezugsachse (RA) bewegt werden;

ein erstes Nockenmittel (55) auf der ersten Klemmbacke (53), um mit einem Gegenstand (52) in Berührung zu kommen, der in den besagten Greifer eingesetzt wird;

ein zweites Nockenmittel (59) auf der ersten Klemmbacke (53), um mit einem Gegenstand (52) in Berührung zu kommen, der aus dem besagten Greifer entnommen wird;

dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Federmittel (50, 57, 65, 85) eine relativ große Federkonstante in einer ersten Richtung aufweisen, während sie eine relativ niedrige Federkonstante in einer zweiten Richtung quer zu der besagten ersten Richtung aufweisen, wobei eine erste Wirkungslinie (56) durch das erste Nockenmittel (55) in einer Richtung quer zu der besagten ersten Richtung definiert ist und die besagte erste Wirkungslinie (56) eine Einsetzkraftkomponente (TIFC) erhält, wenn eine Einsetzkraft (TIF) auf einen Gegenstand (52) entlang der besagten Bezugsachse (RA) ausgeübt wird; und wobei eine zweite Wirkungslinie (60) durch das zweite Nockenmittel (59) in einer Richtung näherungsweise parallel zu der besagten ersten Richtung definiert wird und die besagte zweite Wirkungslinie (60) eine Entnahmekraftkomponente (TRFC) erhält, wenn eine Entnahmekraft (TRF) auf einen Gegenstand (52) entlang der besagten Bezugsachse (RA) ausgeübt wird; wodurch die besagte Einsetzkraftkomponente (TIFC) und die besagte Entnahmekraftkomponente (TRFC) die besagte erste Klemmbacke (53) hinsichtlich der besagten Bezugsachse (RA) auslenken, wobei das Verhältnis von Entnahmekraft (TRF) zur Einsetzkraft (TIF) größer als 1 ist.

2. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte zweite Klemmbacke (54) mit dem besagten Grundkörper (51) ein festes Teil bildet, wobei die Greiferfläche auf der besagten ersten Klemmbacke (53) so geformt ist, daß sie mit der Außenfläche eines Gegenstands zusammenpaßt und die Außenfläche des besagten Gegenstands teilweise umgreift, um den besagten Gegenstand auf der besagten zweiten Klemmbacke festzuhalten.

3. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Klemmbacken (53, 54) identisch sind.

4. Greifer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Federmittel eine Vielzahl von parallelen Blattfedern umfassen, die zur gemeinsamen Wirkung verbunden sind, wobei sich die besagte erste Richtung in Längsrichtung der besagten Blattfedern erstreckt.

5. Greifer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Entnahmekraft zu Einsetzkraft größer als 1,1 ist.

6. Greifer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Verhältnis im Bereich von 1,2 bis 2,6, vorzugsweise zwischen 1,3 und 2,4 liegt.

7. Greifer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einteilig aufgebaut ist.

8. Greifer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Abformen hergestellt ist.

9. Greifer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Kunststoffmaterial wie thermoplastischem Harz oder duroplastischem Harz hergestellt ist