EP2429757A2 - Verfahren und vorrichtung zum halten und bearbeiten eines werkstückes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum halten und bearbeiten eines werkstückes

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Publication number
EP2429757A2
EP2429757A2 EP10721380A EP10721380A EP2429757A2 EP 2429757 A2 EP2429757 A2 EP 2429757A2 EP 10721380 A EP10721380 A EP 10721380A EP 10721380 A EP10721380 A EP 10721380A EP 2429757 A2 EP2429757 A2 EP 2429757A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
adapter
workpieces
holding
adapter pieces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10721380A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Gmeiner
Christoph Ertelt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Muenchen
Original Assignee
Technische Universitaet Muenchen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Muenchen filed Critical Technische Universitaet Muenchen
Publication of EP2429757A2 publication Critical patent/EP2429757A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/02—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for mounting on a work-table, tool-slide, or analogous part
    • B23Q3/06—Work-clamping means
    • B23Q3/066—Bench vices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B1/00—Vices
    • B25B1/06—Arrangements for positively actuating jaws
    • B25B1/18—Arrangements for positively actuating jaws motor driven, e.g. with fluid drive, with or without provision for manual actuation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B1/00—Vices
    • B25B1/24—Details, e.g. jaws of special shape, slideways
    • B25B1/2405—Construction of the jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B1/00—Vices
    • B25B1/24—Details, e.g. jaws of special shape, slideways
    • B25B1/2405—Construction of the jaws
    • B25B1/2452—Construction of the jaws with supplementary jaws

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for holding and processing a workpiece with at least one
  • Shaping device and in each case at least one arranged in the region of a shaping device clamping device for holding the workpiece. Furthermore, the present invention relates to a device for holding and processing a workpiece with at least one shaping device and in each case at least one arranged in the region of a suitable for manual or automated manipulation of workpieces clamping device for holding the workpiece.
  • the workpiece machining is usually done by machining processes, eg. By milling, turning and / or grinding.
  • Machinery span stocke are used in practice. This is generally understood to mean a universally usable power-operated clamping device for use or use on machine tools, by means of which workpieces can be clamped and fixed between counteracting elements, the clamping jaws, for machining.
  • the jaws are often designed to be interchangeable, especially with regard to the different sizes and contours of the workpieces to be machined.
  • the jaws can be connected, for example, by screws with the structure. If wear occurs, the clamping jaws can be removed and replaced by loosening the screw connections.
  • the interchangeable jaws can be made varying in geometry with respect to their geometry to allow holding of workpieces of various shapes.
  • a machine clamp with jaws is known for example from DE 87 02 896 U1.
  • the jaws must manually to adapt to the respective workpiece geometry be replaced.
  • an additional device for machining the desired geometry of the clamping jaws is necessary so that they can be adapted in a suitable manner to the machined workpiece with the workpiece.
  • DE 10 2005 001 555 A1 discloses a tensioning device with a tension pad filled with pressure-sensitive medium.
  • the filled with liquid or gel clamping pad is stiffened, so as to be able to fix the component. Due to this configuration, however, stresses can only be transmitted to the workpiece to a certain extent, because if the voltages are too high, the clamping pad can be mechanically overloaded, so that, for example, a crack could occur in the clamping pad. Also, due to the material and the design of the clamping pad wear is given. The tension pad must be replaced and replaced if worn by the user of the tensioner.
  • German Offenlegungsschrift DE 10 20088 028 238 A1 discloses a tensioning device which is to be particularly suitable for use in the bodywork of the automotive industry.
  • the revolver magazine has a rotatable magazine with negative contour bodies.
  • the toggle lever device has a pin cushion which is adjusted via the negative contour body.
  • the pincushion interacts with the abutments present on the abutment magazine and clamps the corresponding workpiece.
  • the German utility model DE 20 2004 009 415 111 shows a production system for the machining of workpieces with several machine tools. Each machine tool is assigned a clamping device with workpiece-specific clamping locations for workpieces. Further, buffers are disclosed. The transport of the workpieces from one machine tool to the next takes place by means of articulated arm robots by a transfer / removal of the workpieces to / from the buffers.
  • Swiss patent 348026 large mold jaws for clamping a workpiece are disclosed. The form jaw consists of two halves. The jaw is inserted between the jaws of the two-jaw chuck and tightened.
  • Double clamp in which the outer movable jaws are to be clamped against a fixed central jaw.
  • the clamping jaws are made of aluminum and can be milled to the respective shape. To manufacture the jaws another machine is needed. A calibration is essential for the further processing of a workpiece. The replacement of the jaws is done manually by the user.
  • the present invention is based on the problem to provide a method by which the degree of automation in terms of holding workpieces in a fixed position in a machining, manufacturing and / or manipulation process is increased and also designed time-optimized, variable and production-efficient is.
  • a further object of the invention is to provide a device for holding and processing a workpiece, which enables a secure holding of a workpiece to be machined and thereby can be adapted quickly and efficiently to the various workpieces.
  • Holding and machining a workpiece refer to a so-called shaping device.
  • This is designed such that both the geometry of adapter pieces can be edited, as well as the geometry of the respective held and fixed by means of the adapter pieces in the molding device Workpieces.
  • the shaping device can be any machine tool capable of imparting desired shapes to materials or workpieces. For example, this may be a milling machine or other cutting, grinding, rotating or otherwise engaging in the workpiece machine.
  • the inventive method requires a clamping device for holding a workpiece with at least two relatively movable adapter pieces.
  • the adapters are arranged on holding elements.
  • an adapter piece is arranged on each holding element.
  • the adapter pieces used in the tensioning device can be unprocessed and / or machined adapter pieces.
  • the unprocessed and / or the processed adapter pieces can be stored in a storage facility.
  • the unprocessed adapter pieces are adapted in the shaping device to the shape of the workpiece to be held, so that a secure hold for the workpiece to be machined is given in the shaping device.
  • the term unprocessed adapter piece or machined adapter piece is to be considered synonymous.
  • the tensioning device is arranged in the region of the shaping device.
  • the arrangement of the tensioning device can be provided, for example, at a suitable location within the shaping device.
  • the holding elements must be designed such that adapter pieces (machined or unprocessed) can be detachably arranged on them.
  • the holding elements for example, be configured cylindrical or cuboid.
  • alternative shapes for the design of the holding elements are conceivable.
  • the materials chosen a large variety of variants is possible for the design of holding elements.
  • the holding elements can, for example, be cylinder bolts of a cylinder, for example a hydraulic or pneumatic actuating cylinder or the like.
  • the cylinder cylinder associated with the cylinder or actuating cylinder - also referred to as a linear drive - can be arranged in the region of a base element. This area may be, for example, a recess having the base member.
  • the cylinder may also be arranged on or in front of the base element in the context of the invention.
  • an adapter piece can be brought into surface contact with the base element, so that it is connected by friction with it.
  • a base element may be present for each adapter piece.
  • base elements are provided only for a certain number of adapter pieces. Due to the surface contact between the adapter piece and the base element, a temporary releasable fixing of adapter pieces to the base elements is made possible.
  • the respective adapter piece can with the respective base element under
  • Pressurization be brought into surface contact. This is advantageous because it allows the static friction between the base member and the respective adapter piece can be increased.
  • the pressurization can be effected for example by pneumatic or hydraulic means.
  • the present invention also includes other actuating means, such as, for example, electromechanical, mechanical or other means of pressurization, which are known in the art.
  • the retaining element can have a shoulder or a suitable elevation at its end facing the workpiece.
  • the adapter piece may have an opening or a groove for receiving the increase or the heel of the holding element.
  • the adapter piece and the holding element are positively and releasably connected to each other.
  • suitable, for example pneumatic, hydraulic, mechanical or otherwise pressurization the adapter piece can now be moved in the direction of the base element, so that the adapter piece after Producing a surface contact with the base element pressurized rests on the base member.
  • the mechanical pressurization this can be done for example with the aid of a threaded spindle.
  • the elevation or the groove of the base element can be formed by an additional element, such as a disk-like screw connection, which is arranged on the holding element.
  • an additional element such as a disk-like screw connection, which is arranged on the holding element.
  • the increase may already be present due to the shape of the holding element on the holding element, so that can be dispensed with an additional element.
  • the respective adapter piece is in surface contact with the respective base member.
  • At least one base element can be arranged on the cylinder bolt of a further cylinder.
  • This cylinder can be configured to allow the relative movement between base elements and thus the relative movement between arranged on the base elements adapter pieces.
  • the relative movement preferably takes place in the course of a linearly arranged axis.
  • the unprocessed adapter pieces may in particular have standardized shapes which, with regard to their volume, can be designed such that they can be adapted to the same with respect to the respective workpieces in an optimized manner.
  • Adapter pieces can be made economically. Also, the adapter pieces can usefully be designed so that they fit particularly well for frequently occurring workpiece geometries and can be adjusted with minimal effort.
  • the selected material for the adapter pieces this must be chosen such that an adjustment of the geometry can be ensured by the shaping device and also a deformation of the adapter piece due to the forces occurring during the holding between the workpiece and adapter piece is largely excluded.
  • these criteria can be a variety of materials for design the adapters are used.
  • aluminum, a suitable aluminum alloy or another metal may be used.
  • soft metals can be used meaningfully.
  • adapter pieces for further processing and / or for repeated use, possibly without additional processing step are again arranged on the holding elements.
  • a handling device is defined in the context of the present invention. This is provided for exchanging a first adapter piece arranged on the holding element by a second adapter piece.
  • the handling device can be provided for exchanging a machined workpiece by an unprocessed workpiece.
  • the handling device can be formed for example by a suitably designed robot.
  • the robot may, for example, be a so-called three-axis robot or the like. Possibly. It is also possible to use robots with more than three axes of motion, which is not normally necessary.
  • Such three-axis or multi-axis robots have the advantage of taking up little space due to their high mobility. This allows them to act well in the working space of the machine.
  • a robot may preferably be provided which may further preferably have gripping fingers in order to access adapter pieces and workpieces.
  • further possibilities for the design of the handling device are provided within the scope of the invention in order to allow access of the handling device to workpieces and / or adapter pieces.
  • systems with a magnetic action principle can be provided for accessing workpieces and / or adapter pieces.
  • the handling device can change its positions and / or locations along at least one horizontal axis.
  • the handling device is thereby able to limit its activity not only to a single shaping device but to the switching activities for To be able to perform a plurality of arranged in their radius of movement shaping devices.
  • the location flexibility of the handling device also increases due to the location flexibility.
  • the location flexibility of the handling device can be achieved, for example, by arranging the handling device on rails, the rails running along the at least one horizontal axis, within which the handling device can change locations.
  • a first method step takes place in the context of the claimed method, in which a replacement of a first adapter piece is performed by a second adapter piece by means of the handling device.
  • the first adapter piece may in this case be an adapter piece that has already been machined with respect to its geometry.
  • the second adapter piece may in this case likewise be an adapter piece already machined with respect to its geometry.
  • the second adapter piece may be an unprocessed adapter piece with a standardized shape.
  • connection can be made in the context of the invention by the handling device. For example, this can be achieved by loosening a screw or
  • Locking connection between the holding element and adapter piece done.
  • other mechanisms for releasably connecting the adapter piece may be provided on the retaining element.
  • the geometry of the second adapter piece is adapted to the geometry of a workpiece to be machined by the shaping device.
  • the adaptation of the geometry of adapter pieces can be done within the scope of the invention for all existing in the fixture adapters.
  • the possible need for the adaptation of several adapter pieces results in each case from the geometric design of the workpieces to be machined.
  • the particular advantage of the present invention is that by adjusting the geometry of the adapter pieces any subsequent calibration of the adapter pieces on the geometry of the handling and shaping device can be omitted, since between the fixing of the adapter pieces and the fixing of the workpieces no Umspannvorgang more.
  • the possible omission of the recalibration not only reduces the time required for all transformer operations, but can significantly increase the precision of machining.
  • the surface can be adapted to the workpiece to the effect that the entire surface of the workpiece rests after placement on one or more sides of at least two adapter pieces.
  • the surface of adapter pieces can be adapted to the effect that only abut parts of the surface of the workpiece after placement on the adapter piece.
  • the desired shape of the adapter piece can be selected optimized for temporal and economic aspects of the process, but always based on the geometric design of the workpieces. A workpiece should be able to be held after processing the surface of adapter pieces between at least two adapter pieces.
  • the workpiece is placed in the machine, so that the workpiece is in surface contact with at least two adapter pieces after placement.
  • the placement comprises a positioning in which the workpiece is guided between the at least two relatively movable adapter pieces, so that it is in surface contact with the adapter pieces during the clamping operation or during the abutment of the workpiece on the adapter pieces under pressure, friction-optimized.
  • the positioning of the workpiece can be done by the handling device.
  • the placement is then completed when the workpiece is under
  • Pressurization is in surface contact with at least two adapters and is held by them.
  • the holding of the adapter pieces is preferably due to the occurring between adapter piece and workpiece stiction after surface contact.
  • the static friction can preferably be increased by pressing the workpiece to the respective adapter pieces.
  • the pressing can be done by pneumatic pressurization take place.
  • workpieces are clamped between adapter elements by means of hydraulic, electromechanical or mechanical drives are conceivable, among other possibilities, within the scope of the invention.
  • the pressing of the workpiece to the respective adapter pieces can be done by force transmission of retaining elements on the respective adapter pieces.
  • machining of the workpiece by the shaping device for example.
  • This process step necessarily takes place after the placement of the workpiece in the machine and between the clamping devices.
  • the transfer of the workpiece to the different shaping devices can usefully be carried out by the handling device. If each shaping device includes a tensioning device, then at the respective
  • clamping the claimed method steps are performed.
  • An exchange of clamping devices for machining a workpiece within a plurality of shaping devices is not necessary in the context of the invention.
  • the respective adapter pieces can be adapted in the region of the respective shaping device to the respective workpiece by the respective shaping device.
  • already processed workpieces can be fed to a workstation, for example to an assembly station.
  • the workstation can also have a tensioning device.
  • the clamping device can be configured according to the invention with holding elements on which already processed adapter pieces can be arranged.
  • the adapter pieces can be arranged by the claimed handling device on the holding elements of this clamping device. It is also possible within the scope of the invention, an arrangement of adapter pieces on the holding elements of the clamping device of the workstation, for example by a second handling device or by a robot to have it done.
  • the robot can be formed, for example, by a suitable multi-axis robot, such as a three-axis robot.
  • adapter pieces on the clamping device of the workstation workpieces can be brought into surface contact with at least two adapter pieces, so that they are pressurized arranged on the adapter pieces.
  • the processed adapter pieces and / or the workpieces can optionally be stored in a suitable storage device and stored there or stored.
  • This storage device may have predefined positions for targeted storage and retrieval of workpieces and / or adapter pieces.
  • the workpieces and / or adapters may be stored or stored in the storage facility on pallets or other suitable storage devices.
  • the pallets may be provided with recesses in which the workpieces and / or adapters are arranged.
  • a pallet preferably has workpieces and / or adapter pieces with the same geometric configuration.
  • a robot can be provided, which can access the required adapter pieces and / or workpieces and / or pallets in the storage facility and can place them on a conveyor belt.
  • a robot can access the required adapter pieces and / or workpieces and / or pallets in the storage facility and can place them on a conveyor belt.
  • Gripping devices such as, for example, be equipped with gripper fingers and the range with recesses or elevations, which are adapted to the gripping devices or gripper fingers.
  • a suitable for filing conveyor belt can be configured such that it is in direct communication with the detection range of the handling device and these adapter pieces and / or workpieces and / or dissipates.
  • multiple robots may be used.
  • at least one robot is provided for archiving and positioning.
  • the inventive method can be controlled in particular via a computer-aided system.
  • a computer-aided system preferably all controllable components of the process such as shaping device, assembly line and handling device can be connected.
  • the connection between the various components and the computerized system may be wired or wireless, depending on the component.
  • data may be transmitted to the computerized system.
  • the computer-based system can be used to control one or more components.
  • the computer-aided system can be designed by appropriate algorithms such that it controls the
  • the device according to the invention can optionally be operated fully automatically with the aid of this embodiment.
  • data relating to the respective geometric data can be input into the computer-aided system
  • the computer-aided system may also include an algorithm, based on which based on the data fed in terms of the geometric design of a workpiece to be machined, the optimized design of adapter pieces can be concluded.
  • Data regarding the geometric configuration of a workpiece to be machined and / or the geometric configuration of the respective desired adapter pieces can be supplied to the computer-aided system in different formats.
  • common CAD data can be made available to the system.
  • the computer-aided system can then be put in a position to close by appropriate algorithms on the geometric design of workpieces and / or adapter pieces.
  • the device for holding and processing a workpiece is provided with at least one shaping device.
  • at least one tensioning device is arranged in the region of one of the shaping devices.
  • the clamping device is used to hold a workpiece, wherein the clamping device itself comprises at least two relatively movable, arranged on holding elements, adapter pieces.
  • at least one handling device is provided which ensures the flow within the device.
  • the adapters can be unprocessed or machined adapters which are halterbar on the jig with associated holding elements.
  • the proposed shaping device serves to ensure that the geometry of the unprocessed adapter piece is adaptable to the geometry of a workpiece to be machined. Furthermore, the workpiece can also be machined with the shaping device.
  • the holding elements are formed as a cylinder pin of a first cylinder and a second cylinder.
  • the first cylinder and / or the second cylinder are each arranged in the region of a base element.
  • an adapter piece or a processed adapter piece can be brought into surface contact with a respective base element, so that it is connected by static friction with this.
  • the adapter piece (unprocessed) or the machined adapter piece has formed a receiving opening into which a grooved disc engages, which is connected to at least one cylinder pin, so that the adapter piece or the processed adapter piece can be brought into contact with the base element.
  • the base member has a plurality of receiving bolts formed, which cooperate with corresponding holes on the adapter piece or the processed adapter piece such that a more precise alignment of the adapter piece on the base member is possible.
  • a device for detecting the actual relative actual distance between the adapter pieces in the clamping device is provided.
  • a device for detecting an actual position of the cylinder bolt is provided, on which the respective adapter piece is arranged.
  • the device for detecting the actual relative actual distance is a magnetic proximity switch.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a claimed device for holding and processing workpieces.
  • Figure 2 shows a perspective view of a clamping device of the claimed device for holding and processing workpieces with adapters in a first relative position.
  • Figure 3 shows a perspective view of a clamping device of the claimed device for holding and processing workpieces with adapters in a second relative position.
  • Figure 4 shows the detail A of Figure 2 in an enlarged view.
  • FIG. 5 shows an exploded view of a clamping device of the device for holding and processing workpieces.
  • Figure 6 shows a perspective view from below of a clamping device of the claimed device for holding and processing workpieces.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a second cylinder and a plurality of elements arranged on the second cylinder.
  • Figure 8 shows a perspective view of the workpiece-facing side of an adapter piece of the claimed device for holding and machining a workpiece.
  • Figure 9 is a perspective view of the workpiece-facing side of an adapter of the claimed apparatus for holding and machining a workpiece.
  • Figure 10 shows the replacement of a arranged on the holding elements
  • FIG. 1 shows a schematic view of an embodiment variant of a device 1 according to the invention for holding and processing workpieces.
  • the apparatus 1 for holding and processing a workpiece comprises in the exemplary embodiment shown a first shaping device 5 and a second shaping device 7.
  • the shaping devices 5 and 7 may be, for example, milling machines or suitable CNC machines for machining workpieces.
  • Each forming device 5 and 7 has a jig 3 mounted inside the respective forming device 5 and 7.
  • the device 1 comprises an assembly station 17, which may also include a tensioning device 3.
  • a handling device 11 is arranged on a guide 13, formed by rails, in order to be able to change its position and thus its detection range.
  • a conveyor belt 12 leads from a storage device 9 over the detection range of the handling device 1 1 to the assembly station 17 back to the storage device.
  • Workpieces and adapter pieces 31 (unprocessed or machined), which are not arranged on a holding element 36 of the tensioning device 3 (see Fig. 5), can be stored in the storage device 9. Also can be done by the inventive arrangement on the assembly line 12, a transport of workpieces and / or processed adapter pieces 31 ' to the assembly station 17. Adapter pieces 31 and / or machined adapter pieces 31 ' (see Fig. 2) and workpieces are arranged on pallets 19 in the embodiment shown. For removing and placing pallets 19 on the assembly line 12, a robot 15 or 16 is provided.
  • the handling device 1 1 and the robot 15, 16 are configured such that they can remove adapter pieces 31, machined adapter pieces 31 ' and workpieces from the assembly line 12 and arrange in the respective shaping device 5 and 7 or in the assembly station 17 on the clamping device 3. If it is necessary to adapt adapter pieces 31 or processed adapter pieces 31 'arranged on retaining element 36 to the surface of a workpiece to be machined, then an adapter piece 31' which has already been machined with respect to its geometry is replaced by Handling device 1 1 removed from the clamping device 3 and positioned on the conveyor belt 12. If, after being transported on the assembly line 12, it is located in the detection area of the robot 15, it places it in the storage facility 9.
  • the handling device 11 positions an unprocessed adapter piece 31 on the tensioning device 3 of the respective shaping device 5 or 7, where it passes through the shaping device 5 or 7 is adapted to the geometry of the workpiece to be machined.
  • the unprocessed adapter pieces 31 and the unprocessed workpieces can be transported through the assembly line 12 to the detection area of the handling device 11.
  • the return transport of adapter pieces 31, processed adapter pieces 31 ' and machined workpieces is also carried out by the assembly line 12 to the assembly station 17 or the storage facility 9.
  • the implementation of the method is carried out by a computerized system 2 fully automated.
  • Figure 2 shows a perspective view of a clamping device 3 of the claimed device for holding and processing workpieces 1 with
  • the tensioning device 3 comprises two adapter pieces 31 which are movable relative to one another or processed adapter pieces 31 '.
  • the adapter pieces 31 or the processed adapter pieces 31 ' are under pressure in surface contact with the respective base member 33.
  • the tensioning device 3 is arranged on a support plate 21. There is also a
  • Way cable sensor 37 present, which is also arranged on the support plate 21.
  • the cable sensor 37 is used to generate an exact position signal of the displaceable along a rail base member 33 for an evaluation device, not shown here.
  • a second cylinder 23 is provided with compressed air connections 25, the relative movement of the base members 33 and the adapter pieces 31 or the processed adapter pieces 31 'to each other by force transmission by means of compressed air.
  • the relative movement takes place merely by the movement of one of the two base elements 33 and an adapter piece 31 or processed adapter piece 31 'which is in surface contact with the base element.
  • Embodiments with a plurality of mutually movable adapter pieces 31 or processed adapter pieces 31 ' are in the frame the invention possible.
  • the second cylinder 23 is connected to the base structure 27 via a flange 29.
  • Figure 3 shows a perspective view of the clamping device 3 of the claimed device for holding and processing workpieces 1 with machined adapter pieces 31 'in a second relative position.
  • the base member 33 is connected to the cylinder bolt 55 of the second cylinder 23. Since the adapter piece 31 or the processed adapter piece 31 'is in surface contact with the base element 33, a relative movement of adapter pieces 31 or processed adapter pieces 31' to each other is brought about by a change in position of the cylinder pin 55.
  • the change in position of the cylinder pin 55 is effected by a pneumatic power transmission of the second cylinder 23 to the cylinder pin 55th
  • the processed adapter piece 31 'remains fixed to the base member 33 throughout the movement process.
  • the relative movement serves to clamp a workpiece between the processed adapter pieces 31 '.
  • the movement sequence is controlled fully automatically by a computer-aided system 2 (not shown in FIG. 3).
  • FIG 4 shows the detail A of Figure 2 in an enlarged view.
  • a cable sensor 37 is fixed to the base structure 27 via a connecting element 45. Furthermore, the cable sensor 37 has a measuring cable 43 which is connected to the base element 33 via a connecting piece 39. The connection between measuring cable 43 and connector 39 is made by a thread 41.
  • this embodiment according to the invention it is possible to detect the distance of the base element 33 to the cable sensor 37. If the distance between the cable sensor 37 and the base element 33 is known, these data can be fed into a computer-aided system 2.
  • the computerized system 2 can now draw conclusions about the position of the adapter piece 31 and the processed adapter piece 31' and from this conclusions about the relative distance of the adapter pieces 31 and the processed adapter pieces 31 'win each other. Is the computerized system 2 also the geometric configuration of the edited adapter pieces 31 'known, it may be necessary to calibrate, as in conventional clamping systems necessary.
  • FIG. 5 shows an exploded view of a clamping device 3 of the device 1 for holding and processing workpieces.
  • a base member 33 is provided with a recess within which a first cylinder 53 is disposed.
  • the first cylinder 53 is provided on its upper side with compressed air connections 47, which are provided for connection of pneumatic hoses.
  • a grooved disc 49 is provided, which can be attached to the retaining element 36 with a flat nut 51.
  • the adapter piece 31 and also the processed adapter piece 31 ' has on its side facing the base member 33 side openings 65 for receiving the grooved disc 49. As a result, the adapter piece 31 can be temporarily fixed to the base member 33.
  • the temporary fixation is effected by a movement of the holding element 36 along a linear axis and a concomitant pressing of the adapter piece 31 or the processed adapter piece 31 'on the base member 33.
  • receiving bolts 62 are provided, which are guided in bores 63 of the adapter piece 31.
  • a screw connection 57 is provided for fixing the first cylinder 53 to the base member 33.
  • a sensor 52 is provided, which is configured in terms of its function such that it can detect the actual position of holding elements 36.
  • the holding element 36 has a predefined position. Information about this position can be stored in a computer-aided system 2. If the respective adapter piece 31 or processed adapter piece 31 'is arranged on the base element 33, the magnetic proximity switch 52 can supply information to the computer-aided system 2 regarding the position of a holding element 36 on which the respective adapter piece 31 or processed adapter piece 31' is arranged hand off.
  • the transmitted actual values deviate from a setpoint with regard to the predefined values
  • Position of the respective holding element 36 from, so the computer-aided system. 2 For example, be formed such that it causes a shutdown of one or more of the components of the claimed device for holding and processing a workpiece 1.
  • Figure 6 shows a perspective view from below of a clamping device 3 of the claimed device 1 for holding and processing workpieces.
  • the base element 33 shown here is provided with holes 59 for connection to a base structure 27. It is a base member 33 is shown, which is not to be moved by a cylinder pin 55 of a second cylinder 23, but is in a fixed position. With movable base elements 33, the illustrated holes 59 are not necessary.
  • the grooved disc 49 is already in the receiving opening 65 of the adapter piece 31 or of the processed adapter piece 31 '.
  • the adapter piece 31 or the processed adapter piece 31 ' is connected to the holding element 36.
  • the holding element 36 is designed such that it can perform a linear movement in the direction indicated by B arrow. As a result, the adapter piece 31 or the processed adapter piece 31 'can be connected under pressure to the base element 33.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a second cylinder 23 and a plurality of elements arranged on the second cylinder 23.
  • adapter pieces 31 or processed adapter pieces 31 ' can be attached via base elements 33.
  • base elements 33 it is also possible only
  • the movement of the cylinder bolt 55 is ensured by power transmission of the second cylinder 23 to the cylinder bolt 55.
  • connecting elements 61 are provided which allow the connection of the flange 29 to the basic structure 27. The flange 29 is over
  • a nut 28 is provided, which serves for fixing a base member 33 on the cylinder bolt 55.
  • Figure 8 shows a perspective view of the side facing away from the workpiece of an adapter piece 31 of the claimed device 1 for holding and processing a workpiece.
  • the adapter piece 31 and thus also the processed adapter pieces 31 ' is provided with holes 63, in which receiving pin 62 of the Base element 33 can grip.
  • a receiving opening 65 is provided, through which the adapter piece 31 and the processed adapter piece 31 'via a grooved disc 49 with the holding member 36 can be releasably connected.
  • the shape of the grooved disc 49 and the receiving opening 65 no limits are set in the execution, as long as they are in operative connection.
  • Figure 9 shows a perspective view of the workpiece facing
  • the adapter piece 31 or machined adapter piece 31 'of the claimed device 1 for holding and processing a workpiece.
  • the adapter piece 31 or machined adapter piece 31 ' has an extension 67 with a grip groove 69.
  • the handling device 1 1 can access the adapter piece 31 or processed adapter piece 31' through the extension 67 with grip groove 69 and position it at the desired location.
  • FIG. 10 illustrates the replacement of an adapter piece 31 'arranged on the holding element 36, 55.
  • the adapter piece 31 or processed adapter piece 31 ' is connected to the holding element 36 via a base element 33.
  • the arrangement of the adapter piece 31 or processed adapter piece 31 ' is connected to the holding element 36 via a base element 33.
  • the holding element 36, 55 performs a linear movement in the direction of the base member 33, whereupon the now arranged on the holding element 36, 55 adapter piece 31 or machined adapter piece 31 'with a Side firmly on the base member 33 rests. If the adapter piece 31 or machined adapter piece 31 'are exchanged, the holding element 36, 55 performs a movement in the direction opposite to the first movement, so that the adapter piece 31 or processed adapter piece 31' thereupon no longer bears against the base element 33.

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Abstract

Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken (1) offenbart. Es wird ein erstes Adapterstück (31) durch ein zweites Adapterstück (31') mittels einer Handhabungseinrichtung (11) ausgetauscht. In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt das Anpassen der Geometrie des zweiten Adapterstückes (31') an die Geometrie eines zu bearbeitenden Werkstückes durch eine Formgebungsvorrichtung (5, 7). Hierauf wird ein Werkstück derart platziert, dass es nach der Platzierung in Oberflächenkontakt mit mindestens zwei Adapterstücken (31') steht. Weiter erfolgt die Bearbeitung des Werkstückes durch die Formgebungsvorrichtung (5, 7). Das bearbeitete Werkstück wird durch ein unbearbeitetes Werkstück ausgetauscht.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM HALTEN UND BEARBEITEN EINES
WERKSTÜCKES
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes mit mindestens einer
Formgebungsvorrichtung und jeweils mindestens einer im Bereich einer Formgebungsvorrichtung angeordneten Spannvorrichtung zum Halten des Werkstückes. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes mit mindestens einer Formgebungsvorrichtung und jeweils mindestens einer im Bereich einer für die manuelle oder automatisierte Manipulation von Werkstücken geeigneten Arbeitsstation angeordneten Spannvorrichtung zum Halten des Werkstückes.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Vorrichtungen zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken bekannt. Die Werkstückbearbeitung erfolgt in der Regel mit spanabhebenden Verfahren, bspw. durch Fräsen, Drehen und/oder Schleifen. Zum Halten von Werkstücken werden in der Praxis häufig sog. Maschinen spann stocke verwendet. Hierunter versteht man im Allgemeinen eine universell einsetzbare kraftbetätigte Spannvorrichtung zur Anwendung bzw. Verwendung auf Werkzeugmaschinen, mittels der Werkstücke zwischen gegeneinander wirkenden Elementen, den Spannbacken, zur Bearbeitung geklemmt und fixiert werden können. Die Spannbacken sind häufig austauschbar gestaltet, insbesondere im Hinblick auf die verschiedenen Größen und Konturen der zu bearbeitenden Werkstücke. Die Spannbacken können beispielsweise durch Verschraubungen mit dem Aufbau verbunden sein. Bei aufgetretenem Verschleiß können die Spannbacken durch Lösen der Verschraubungen entnommen und erneuert werden. Auch können die austauschbaren Spannbacken hinsichtlich ihrer Geometrie variierend ausgestaltet werden, um ein Halten von Werkstücken mit verschiedenen Formen zu ermöglichen.
Ein Maschinenspannstock mit Spannbacken ist beispielsweise aus der DE 87 02 896 U1 bekannt. Bei diesem bekannten Maschinenspannstock müssen die Spannbacken zur Anpassung an die jeweilige Werkstückgeometrie manuell ausgetauscht werden. Zudem ist nach Austausch der Spannbacken zur Bearbeitung eines Werkstückes eine Kalibrierung notwendig, woraus ein zusätzlicher Arbeitsaufwand resultiert. Auch ist eine zusätzliche Vorrichtung zur Bearbeitung der gewünschten Geometrie der Spannbacken nötig, damit diese in geeigneter Weise an das mit der Maschine zu bearbeitende Werkstück angepasst werden können.
Weiterhin gibt es flexible Vorrichtungen zum Halten von Werkstücken. So ist bspw. in der DE 10 2005 001 555 A1 eine Spannvorrichtung mit einem mit drucksensitivem Medium gefüllten Spannkissen offenbart. Das mit Flüssigkeit oder Gel gefüllte Spannkissen ist versteifbar ausgebildet, um so das Bauteil fixieren zu können. Durch diese Ausgestaltung können Spannungen allerdings nur bis zu einem gewissen Ausmaß auf das Werkstück übertragen werden, da bei zu hohen Spannungen das Spannkissen mechanisch überlastet werden kann, so dass bspw. ein Riss im Spannkissen auftreten könnte. Auch ist aufgrund des Materials und der Ausgestaltung des Spannkissens ein Verschleiß gegeben. Das Spannkissen muss bei Verschleiß durch den Benutzer der Spannvorrichtung ausgetauscht und erneuert werden.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 20088 028 238 A1 offenbart eine Spannvorrichtung, die sich insbesondere zur Verwendung im Karosseriebau der Kfz- Industrie eignen soll. Im Revolvermagazin ist ein rotierbares Magazin mit Negativkonturkörpern angeordnet. Die Kniehebelspannvorrichtung besitzt ein Nadelkissen, welches über die Negativkonturkörper eingestellt wird. Hierauf wirkt das Nadelkissen mit den an dem Gegenlagermagazin vorhandenen Gegenlagern zusammen und spannt das entsprechende Werkstück.
Die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 20 2004 009 415 111 zeigt ein Fertigungssystem für die Bearbeitung von Werkstücken mit mehreren Werkzeugmaschinen. Jeder Werkzeugmaschine ist eine Spannvorrichtung mit werkstückspezifischen Spannplätzen für Werkstücke zugeordnet. Weiter werden Zwischenspeicher offenbart. Der Transport der Werkstücke von einer Werkzeugmaschine zur nächsten erfolgt mittels Gelenkarmroboter durch eine Übergabe/Entnahme der Werkstücke an die/aus den Zwischenspeichern. In der Schweizerischen Patentschrift 348026 werden Großformbacken zum Spannen eines Werkstückes offenbart. Die Formbacke besteht aus zwei Hälften. Die Formbacke wird zwischen die Spannbacken des Zweibackenfutters eingesetzt und festgespannt.
Weiter vertreibt die Firma Hilma-Römheld GmbH ein Spannsystem mit einem
Doppelspanner, bei dem die äußeren beweglichen Backen gegen eine feste Mittelbacke zu spannen sind. Die Spannbacken sind aus Aluminium gefertigt und können auf die jeweilige Form zurechtgefräst werden. Zur Fertigung der Spannbacken wird eine weitere Maschine benötigt. Auch eine Kalibrierung ist zur weiteren Bearbeitung eines Werkstückes unerlässlich. Der Austausch der Spannbacken erfolgt manuell durch den Benutzer.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem der Grad der Automatisierung hinsichtlich des Haltens von Werkstücken in einer Fixposition bei einem Bearbeitungs-, Fertigungs- und/oder Manipulationsvorgang erhöht ist und ferner zeitoptimiert, variabel und produktionseffizient ausgestaltet ist.
Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes zu schaffen, die ein sicheres Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks ermöglicht und dabei schnell und effizient an die verschiedenartigen Werkstücke angepasst werden kann.
Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 10 umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung zum
Halten und Bearbeiten eines Werkstückes beziehen sich bzw. beinhalten eine sog. Formgebungsvorrichtung. Diese ist derart ausgestaltet, dass sowohl die Geometrie von Adapterstücken bearbeitet werden kann, als auch die Geometrie der jeweiligen, mittels der Adapterstücke in der Formgebungsvorrichtung gehaltenen und fixierten Werkstücke. Prinzipiell kann es sich bei der Formgebungsvorrichtung um jede Werkzeugmaschine handeln, die in der Lage ist, Materialien bzw. Werkstücken gewünschte Formgebungen zu verleihen. Beispielsweise kann dies eine Fräsmaschine oder eine andere spanabhebende, schleifende, drehende oder anderweitig in das Werkstück eingreifende Maschine sein.
Weiterhin setzt das erfindungsgemäße Verfahren eine Spannvorrichtung zum Halten eines Werkstückes mit mindestens zwei relativ zueinander beweglichen Adapterstücken voraus. Die Adapterstücke sind an Halteelementen angeordnet. Vorzugsweise ist an jedem Halteelement jeweils ein Adapterstück angeordnet. Bei den in die Spannvorrichtung eingesetzten Adapterstücken kann es sich um unbearbeitete und/oder bearbeitete Adapterstücke handeln. Die unbearbeiteten und/oder die bearbeitete Adapterstücke können in einer Lagereinrichtung bevorratet sein. Die unbearbeiteten Adapterstücke werden in der Formgebungsvorrichtung an die Form des zu haltenden Werkstücks angepasst, so dass ein sicherer Halt für das zu bearbeitende Werkstück in der Formgebungsvorrichtung gegeben ist. In der nachfolgenden Beschreibung ist der Begriff unbearbeitetes Adapterstück oder bearbeitetes Adapterstück als gleichbedeutend zu wenden. Die Spannvorrichtung ist im Bereich der Formgebungsvorrichtung angeordnet. Die Anordnung der Spannvorrichtung kann beispielsweise an geeigneter Stelle innerhalb der Formgebungsvorrichtung vorgesehen sein.
Die Halteelemente müssen derart ausgebildet werden, dass Adapterstücke (bearbeitet oder unbearbeitet) an ihnen lösbar angeordnet werden können. So können die Halteelemente bspw. zylinderförmig oder quaderförmig ausgestaltet sein. Davon abgesehen sind im Rahmen der Erfindung weitere, alternative Formgebungen für die Ausgestaltung der Halteelemente denkbar. In Bezug auf die gewählten Materialien ist für die Ausgestaltung von Halteelementen eine große Variantenvielfalt möglich. Während des Spannvorganges eines Werkstückes zwischen den Adapterstücken werden die Halteelemente mit Druck beaufschlagt. Aufgrund des Eigengewichts des jeweiligen Werkstückes tritt zudem ein Moment am Halteelement auf. Das Material ist daher mit ausreichend großer Festigkeit und Formstabilität zu wählen, um den auftretenden Kräften entgegen wirken zu können. Die Halteelemente können bspw. Zylinderbolzen eines Zylinders, bspw. eines hydraulischen oder pneumatischen Stellzylinders o. dgl. sein. Der dem Zylinderbolzen zugehörige Zylinder bzw. Stellzylinder - auch als Linearantrieb bezeichnet - kann im Bereich eines Basiselementes angeordnet sein. Dieser Bereich kann beispielswese eine Aussparung sein, die das Basiselement aufweist. Auch kann der Zylinder im Rahmen der Erfindung auf oder vor dem Basiselement angeordnet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Adapterstück in Oberflächenkontakt mit dem Basiselement gebracht werden, so dass es durch Haftreibung mit diesem verbunden ist. So kann beispielsweise für jedes Adapterstück ein Basiselement vorhanden sein. Auch sind Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich, bei denen nur für eine bestimmte Anzahl von Adapterstücken Basiselemente vorgesehen sind. Durch den Oberflächenkontakt zwischen Adapterstück und Basiselement wird eine vorübergehende lösbare Fixierung von Adapterstücken an den Basiselementen ermöglicht.
Das jeweilige Adapterstück kann mit dem jeweiligen Basiselement unter
Druckbeaufschlagung in Oberflächenkontakt gebracht werden. Dies ist deswegen vorteilhaft, da hierdurch die Haftreibung zwischen Basiselement und dem jeweiligen Adapterstück vergrößert werden kann. Die Druckbeaufschlagung kann beispielsweise durch pneumatische oder hydraulische Mittel bewirkt werden. Jedoch umfasst die vorliegende Erfindung auch andere Stellmittel, so bspw. elektromechanische, mechanische oder weitere Mittel zur Druckbeaufschlagung, die dem Fachmann bekannt sind.
Zur Druckbeaufschlagung ist eine Kraftübertragung vom Halteelement auf das dem Halteelement zugeordnete Adapterstück nötig. Das Halteelement kann hierzu an seinem dem Werkstück zugewandten Ende einen Absatz oder eine geeignete Erhöhung aufweisen. Das Adapterstück kann eine Öffnung bzw. eine Nut zur Aufnahme der Erhöhung oder des Absatzes des Halteelementes aufweisen. Hierdurch sind das Adapterstück und das Halteelement formschlüssig und lösbar miteinander verbunden. Durch geeignete, beispielsweise pneumatische, hydraulische, mechanische oder anderweitige Druckbeaufschlagung kann das Adapterstück nun in Richtung des Basiselementes bewegt werden, so dass das Adapterstück nach Herstellung eines Oberflächenkontaktes mit dem Basiselement druckbeaufschlagt am Basiselement anliegt. Hinsichtlich der mechanischen Druckbeaufschlagung kann diese beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Gewindespindel erfolgen.
Die Erhöhung bzw. die Nut des Basiselementes kann durch ein Zusatzelement, wie beispielsweise einer scheibenartigen Schraubverbindung, die am Halteelement angeordnet ist, gebildet sein. Davon abgesehen kann die Erhöhung bereits aufgrund der Formgebung des Halteelementes am Halteelement vorhanden sein, so dass auf ein Zusatzelement verzichtet werden kann.
Vorzugsweise befindet sich während des Anpassens der Geometrie eines Adapterstückes das jeweilige Adapterstück in Oberflächenkontakt mit dem jeweiligen Basiselement.
Mindestens ein Basiselement kann am Zylinderbolzen eines weiteren Zylinders angeordnet sein. Dieser Zylinder kann derart ausgestaltet sein, die Relativbewegung zwischen Basiselementen und damit die Relativbewegung zwischen an den Basiselementen angeordneten Adapterstücken zu ermöglichen. Die Relativbewegung erfolgt vorzugsweise im Verlauf einer linear angeordneten Achse.
Die unbearbeiteten Adapterstücken können insbesondere standardisierte Formgebungen aufweisen, die hinsichtlich ihres Volumens derart ausgebildet sein können, dass sie in Bezug auf die jeweiligen Werkstücke optimiert an die selbigen angepasst werden können. Die Wahl der standardisierten Formgebungen von
Adapterstücken kann unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten erfolgen. Auch können die Adapterstücke sinnvollerweise so gestaltet sein, dass sie für häufig auftretende Werkstückgeometrien besonders gut passen und mit minimiertem Arbeitsaufwand angepasst werden können.
Hinsichtlich des gewählten Materials für die Adapterstücke muss dieses derart gewählt werden, dass eine Anpassung der Geometrie durch die Formgebungsvorrichtung gewährleistet werden kann und zudem eine Verformung des Adapterstückes aufgrund der während des Haltens zwischen Werkstück und Adapterstück auftretenden Kräfte weitgehend ausgeschlossen wird. Unter Berücksichtigung dieser Kriterien kann eine Vielzahl von Materialien zur Ausgestaltung der Adapterstücke herangezogen werden. Beispielsweise kann Aluminium, eine geeignete Aluminiumlegierung oder ein anderes Metall verwendet werden. Bei relativ geringen Spannkräften und einer Feinbearbeitung können bspw. auch Weichmetalle sinnvoll eingesetzt werden. Auch können im Rahmen des Verfahrens bereits bearbeitete Adapterstücke zur weiteren Bearbeitung und/oder zur nochmaligen Verwendung, ggf. ohne zusätzlichen Bearbeitungsschritt, nochmals an den Halteelementen angeordnet werden.
Weiter wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Handhabungseinrichtung definiert. Diese ist zum Austauschen eines ersten am Halteelement angeordneten Adapterstückes durch ein zweites Adapterstück vorgesehen. Zudem kann die Handhabungseinrichtung zum Austauschen eines bearbeiteten Werkstückes durch ein unbearbeitetes Werkstück vorgesehen sein. Die Handhabungseinrichtung kann beispielsweise durch einen geeignet gestalteten Roboter gebildet werden. Der Roboter kann bspw. ein sog. Dreiachs-Roboter oder dgl. sein. Ggf. können auch Roboter mit mehr als drei Bewegungsachsen zum Einsatz kommen, was jedoch normalerweise nicht erforderlich ist. Derartige Dreiachs- oder Mehrachs-Roboter haben den Vorteil, aufgrund ihrer hohen Beweglichkeit einen geringen Platzbedarf zu beanspruchen. Dadurch können sie gut im Arbeitsraum der Maschine agieren. Zur Handhabung der Werkstücke und Adapterstücke kann vorzugsweise ein Roboter vorgesehen sein, der weiterhin vorzugsweise Greiffinger aufweisen kann, um auf Adapterstücke und Werkstücke zugreifen zu können. Davon abgesehen sind weitere Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Handhabungseinrichtung im Rahmen der Erfindung vorgesehen, um einen Zugriff der Handhabungseinrichtung auf Werkstücke und/oder Adapterstücke zu ermöglichen. Beispielsweise können Systeme mit magnetischem Wirkprinzip zum Zugreifen auf Werkstücke und/oder Adapterstücke vorgesehen sein.
In einer weiteren denkbaren Ausführungsvariante der beanspruchten Erfindung kann die Handhabungseinrichtung entlang mindestens einer horizontalen Achse ihre Positionen und/oder Standorte ändern. Bei mehreren Formgebungsvorrichtungen ist die Handhabungseinrichtung dadurch in der Lage, ihre Tätigkeit nicht nur auf eine einzige Formgebungsvorrichtung zu beschränken, sondern die Wechseltätigkeiten für mehrere in ihrem Bewegungsradius angeordnete Formgebungsvorrichtungen durchführen zu können. Auch vergrößert sich durch die Standortflexibilität der Erfassungsbereich der Handhabungseinrichtung. Die Standortflexibilität der Handhabungseinrichtung kann beispielsweise durch eine Anordnung der Handhabungseinrichtung auf Schienen erfolgen, wobei die Schienen entlang der mindestens einen horizontalen Achse verlaufen, innerhalb der die Handhabungseinrichtung ihre Standorte wechseln kann.
Erfindungsgemäß findet im Rahmen des beanspruchten Verfahrens ein erster Verfahrensschritt statt, bei dem ein Austausch eines ersten Adapterstückes durch ein zweites Adapterstück mittels der Handhabungseinrichtung vorgenommen wird. Das erste Adapterstück kann hierbei ein hinsichtlich seiner Geometrie bereits bearbeitetes Adapterstück sein. Das zweite Adapterstück kann hierbei ebenfalls ein hinsichtlich seiner Geometrie bereits bearbeitetes Adapterstück sein. Zudem kann es sich beim zweiten Adapterstück um ein unbearbeitetes Adapterstück mit standardisierter Formgebung handeln.
Beim Austausch eines ersten Adapterstückes durch ein zweites Adapterstück kann es erforderlich sein, eine Verbindung aufzuheben, durch die das erste Adapterstück mit dem Halteelement lösbar verbunden ist. Das Lösen der Verbindung kann im Rahmen der Erfindung durch die Handhabungseinrichtung vorgenommen werden. Beispielsweise kann dies durch das Lösen einer Schraub- oder
Rastverbindung zwischen Halteelement und Adapterstück erfolgen. Davon abgesehen können weitere Mechanismen zur lösbaren Verbindung des Adapterstückes am Halteelement vorgesehen sein.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Geometrie des zweiten Adapterstückes an die Geometrie eines zu bearbeitenden Werkstückes durch die Formgebungsvorrichtung angepasst. Die Anpassung der Geometrie von Adapterstücken kann im Rahmen der Erfindung für alle in der Spannvorrichtung vorhandenen Adapterstücke erfolgen. Die mögliche Notwendigkeit der Anpassung von mehreren Adapterstücken ergibt sich jeweils aus der geometrischen Ausgestaltung der zu bearbeitenden Werkstücke. Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass mittels der Anpassung der Geometrie der Adapterstücke jegliche nachfolgende Kalibrierung der Adapterstücke auf die Geometrie der Handhabungsund Formgebungsvorrichtung entfallen kann, da zwischen dem Fixieren der Adapterstücke und dem Fixieren der Werkstücke kein Umspannvorgang mehr erfolgt. Der mögliche Entfall der Neukalibrierung verringert nicht nur den Zeitaufwand für alle Umspannvorgänge, sondern kann die Präzision der Bearbeitung deutlich erhöhen.
Hinsichtlich der Formgebung eines Adapterstückes kann die Oberfläche dahingehend an das Werkstück angepasst werden, dass die gesamte Oberfläche des Werkstückes nach erfolgter Platzierung an einem oder mehreren Seiten mindestens zweier Adapterstücke anliegt. Auch kann die Oberfläche von Adapterstücken dahingehend angepasst werden, dass lediglich Teile der Oberfläche des Werkstückes nach erfolgter Platzierung am Adapterstück anliegen. Die gewünschte Formgebung der Adapterstück kann nach zeitlichen und wirtschaftlichen Aspekten des Verfahrens optimiert gewählt werden, orientiert sich aber immer an der geometrischen Ausgestaltung der Werkstücke. Ein Werkstück sollte nach erfolgter Bearbeitung der Oberfläche von Adapterstücken zwischen mindestens zwei Adapterstücken gehalten werden können.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Werkstück in der Maschine platziert, so dass das Werkstück nach der Platzierung in Oberflächenkontakt mit mindestens zwei Adapterstücken steht. Die Platzierung umfasst eine Positionierung, bei der das Werkstück zwischen die mindestens zwei relativ zueinander beweglichen Adapterstücke geführt wird, so dass es während des Spannvorgangs bzw. während des Anliegens des Werkstückes an den Adapterstücken unter Druckbeaufschlagung, haftreibungsoptimiert mit den Adapterstücken in Oberflächenkontakt steht. Die Positionierung des Werkstückes kann von der Handhabungseinrichtung vorgenommen werden. Die Platzierung ist dann abgeschlossen, wenn das Werkstück unter
Druckbeaufschlagung in Oberflächenkontakt mit mindestens zwei Adapterstücken steht und von diesen gehalten wird.
Das Halten der Adapterstücke kommt vorzugsweise durch die zwischen Adapterstück und Werkstück auftretende Haftreibung nach Oberflächenkontakt zustande. Die Haftreibung kann vorzugsweise durch ein Anpressen des Werkstückes an die jeweiligen Adapterstücke vergrößert werden. Das Anpressen kann hierbei durch pneumatische Druckbeaufschlagung erfolgen. Auch Ausführungsformen, bei denen Werkstücke zwischen Adapterelementen durch hydraulische, elektromechanische oder mechanische Antriebe eingespannt werden, sind neben anderen Möglichkeiten im Rahmen der Erfindung vorstellbar. Bei jeder gewählten Ausführungsform kann das Anpressen des Werkstückes an die jeweiligen Adapterstücke durch Kräfteübertragung von Halteelementen auf die jeweiligen Adapterstücke erfolgen.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt die Bearbeitung des Werkstückes durch die Formgebungsvorrichtung, bspw. durch fräsende Formgebung. Dieser Verfahrensschritt findet zwingend zeitlich nach der Platzierung des Werkstückes in der Maschine und zwischen den Spannvorrichtungen statt. Je nach gewünschter geometrischer Ausgestaltung kann es nötig sein, das Werkstück einer Vorrichtung oder nacheinander mehreren Formgebungsvorrichtungen zuzuführen. Die Weitergabe des Werkstückes an die unterschiedlichen Formgebungsvorrichtungen kann sinnvollerweise von der Handhabungseinrichtung durchgeführt werden. Beinhaltet jede Formgebungsvorrichtung eine Spannvorrichtung, so können an der jeweiligen
Spannvorrichtung die beanspruchten Verfahrensschritte durchgeführt werden. Ein Austausch von Spannvorrichtungen zur Bearbeitung eines Werkstückes innerhalb mehrerer Formgebungsvorrichtungen ist im Rahmen der Erfindung nicht nötig. Die jeweiligen Adapterstücke können im Bereich der jeweiligen Formgebungsvorrichtung an das jeweilige Werkstück durch die jeweilige Formgebungsvorrichtung angepasst werden.
Weiter können bereits bearbeitete Werkstücke einer Arbeitsstation, beispielsweise einer Montagestation zugeführt werden. Die Arbeitsstation kann zudem eine Spannvorrichtung aufweisen. Die Spannvorrichtung kann erfindungsgemäß mit Halteelementen ausgestaltet sein, an denen bereits bearbeitete Adapterstücke angeordnet werden können. Die Adapterstücke können durch die beanspruchte Handhabungseinrichtung an den Halteelementen dieser Spannvorrichtung angeordnet werden. Auch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, eine Anordnung von Adapterstücken an den Halteelementen der Spannvorrichtung der Arbeitsstation beispielsweise durch eine zweite Handhabungseinrichtung oder durch einen Roboter vornehmen zu lassen. Der Roboter kann beispielsweise durch einen geeigneten Mehrachs- Roboter wie bspw. einen Dreiachs-Roboter gebildet sein.
Nach erfolgter Anordnung von Adapterstücken an der Spannvorrichtung der Arbeitsstation können Werkstücke mit mindestens zwei Adapterstücken in Oberflächenkontakt gebracht werden, so dass sie druckbeaufschlagt an den Adapterstücken angeordnet sind.
Die bearbeiteten Adapterstücke und/oder die Werkstücke können wahlweise in einer geeigneten Lagereinrichtung abgelegt und dort zwischengelagert bzw. gespeichert werden. Diese Lagereinrichtung kann vordefinierte Positionen zum gezielten Lagern und Auffinden von Werkstücken und/oder Adapterstücken aufweisen. Wahlweise können die Werkstücke und/oder Adapterstücke in der Lagereinrichtung auf Paletten oder anderen geeigneten Ablagevorrichtungen gespeichert bzw. zwischengelagert werden. Die Paletten können mit Aussparungen versehen sein, in denen die Werkstücke und/oder Adapterstücke angeordnet werden. Eine Palette weist vorzugsweise Werkstücke und/oder Adapterstücke mit gleicher geometrischer Ausgestaltung auf.
Weiter kann beispielsweise ein Roboter vorgesehen sein, der auf die benötigten Adapterstücke und/oder Werkstücke und/oder Paletten in der Lagereinrichtung zugreifen kann und sie auf einem Fließband platzieren kann. Zum einfachen Erfassen von Paletten durch den Roboter kann dieser beispielsweise mit geeigneten
Greifeinrichtungen wie bspw. mit Greiffingern ausgestattet sein und die Palette mit Aussparungen oder Erhöhungen, die an die Greifeinrichtungen bzw. Greiffinger angepasst sind. Ein zur Ablage geeignetes Fließband kann derart ausgestaltet sein, dass es in direkter Verbindung mit dem Erfassungsbereich der Handhabungseinrichtung steht und diese Adapterstücke und/oder Werkstücke zu- und/oder abführt. Durch die gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mögliche Ausgestaltung mit Lagereinrichtung und Fließband kann vor allem bei großen Stückzahlen von Werkstücken oder Adapterelementen sichergestellt werden, dass genügend Speicher zum Archivieren vorhanden ist. Auch kann durch eine Lagereinrichtung bei einer nötigen Weiterbearbeitung von Adapterstücken und/oder Werkstücken automatisiert und schnell auf diese zugegriffen werden. Zum Archivieren von Paletten, Adapterstücken und Werkstücken in der Lagereinrichtung und zum Positionieren von Paletten, Adapterstücken und Werkstücken auf dem Fließband oder in der jeweiligen Arbeitsstation können mehrere Roboter verwendet werden. Vorzugsweise ist für das Archivieren und das Positionieren mindestens ein Roboter vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere über ein rechnergestütztes System gesteuert werden. Mit diesem System können vorzugsweise alle steuerbaren Komponenten des Verfahrens wie beispielsweise Formgebungsvorrichtung, Fließband und Handhabungseinrichtung verbunden sein. Die Verbindung zwischen den verschiedenen Komponenten und dem rechnergestützten System kann, je nach Komponente, drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Hinsichtlich einer oder mehrerer steuerbarer Komponenten können Daten an das rechnergestützte System übermittelt werden. Vom rechnergestützten System kann eine Steuerung einer oder mehrerer Komponenten erfolgen. Das rechnergestützte System kann durch entsprechende Algorithmen derart ausgestaltet sein, dass es die Steuerung von
Komponenten autonom vornimmt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit Hilfe diese Ausführungsform ggf. vollautomatisiert betrieben werden.
Auch können in das rechnergestützte System Daten hinsichtlich des aktuellen relativen Ist-Abstandes der Adapterstücke in der Spannvorrichtung untereinander eingelesen werden. Für die Erfassung dieser Werte können im Rahmen der Erfindung unterschiedliche Methoden angewendet werden. Vorstellbar sind hierfür beispielsweise optische Erfassungsmethoden. Die Erfassung kann bspw. auch mittels eines Wegseilsensors erfolgen. Dies hat sich in der Praxis deshalb bewährt, da sich die Adapterstücke im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung innerhalb ihrer Relativbewegung lediglich entlang einer vordefinierten Achse bewegen können. Davon abgesehen gibt es eine große Anzahl weiterer Methoden zur Positionsbestimmung, die dem Fachmann bekannt sind und deshalb nicht explizit aufgeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können in das rechnergestützte System Daten hinsichtlich der jeweiligen geometrischen
Ausgestaltung der zu bearbeitenden Werkstücke und/oder der jeweiligen Geometrie bzw. Formgebung der Adapterstücke eingespeist werden. Das rechnergestützte System kann zudem einen Algorithmus beinhalten, auf Grund dessen auf Basis der eingespeisten Daten hinsichtlich der geometrischen Ausgestaltung eines zu bearbeitenden Werkstückes, auf die optimierte Ausgestaltung von Adapterstücken geschlossen werden kann.
Weiter kann aufgrund von eingespeisten Daten hinsichtlich der Ist-Position von Adapterstücken und der geometrischen Ausgestaltung von Werkstücken auf die optimale Position von Adapterstücken während des Haltens von Werkstücken geschlossen werden. Eine zeitaufwendige Kalibrierung bzw. eine Nullpunktbestimmung der Formgebungsvorrichtung zur Fertigung eines Werkstückes kann dadurch entfallen.
Daten hinsichtlich der geometrischen Ausgestaltung eines zu bearbeitenden Werkstückes und/oder der geometrischen Ausgestaltung der jeweils gewünschten Adapterstücke können in unterschiedlichen Formaten dem rechnergestützten System zugeführt werden. Beispielsweise können dem System gängige CAD-Daten zur Verfügung gestellt werden. Das rechnergestützte System kann daraufhin in die Lage versetzt werden, durch entsprechende Algorithmen auf die geometrische Ausgestaltung von Werkstücken und/oder Adapterstücken zu schließen.
Zudem können in das rechnergestützte System Daten hinsichtlich der aktuellen Ist-Position von Adapterstücken und/oder Werkstücken und/oder Paletten innerhalb einer Lagereinrichtung eingespeist und/oder hinterlegt werden.
Die Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes ist mit mindestens einer Formgebungsvorrichtung versehen. Jeweils mindestens eine Spannvorrichtung ist im Bereich einer der Formgebungsvorrichtungen angeordnet. Die Spannvorrichtung dient zum Halten eines Werkstückes, wobei die Spannvorrichtung selbst mindestens zwei relativ zueinander bewegliche, an Halteelementen angeordnete, Adapterstücke umfasst. Ferner ist mindestens eine Handhabungseinrichtung vorgesehen die für den Ablauf innerhalb der Vorrichtung sorgt. Die Adapterstücke können unbearbeitete oder bearbeitete Adapterstücke sein, die an der Spannvorrichtung mit zugeordneten Halteelementen halterbar sind. Die vorgesehene Formgebungsvorrichtung dient dazu, dass die Geometrie des unbearbeiteten Adapterstückes an die Geometrie eines zu bearbeitenden Werkstückes anpassbar ist. Ferner kann mit der Formgebungsvorrichtung ebenfalls das Werkstück bearbeitet werden.
Die Halteelemente sind als Zylinderbolzen eines ersten Zylinders bzw. eines zweiten Zylinders ausgebildet. Der erste Zylinder und/oder der zweite Zylinder sind jeweils im Bereich eines Basiselementes angeordnet. Jeweils ein Adapterstück oder ein bearbeitetes Adapterstück ist in Oberflächenkontakt mit einem jeweiligen Basiselement bringbar, so dass es durch Haftreibung mit diesem verbunden ist.
Das Adapterstück (unbearbeitet) oder das bearbeitete Adapterstück hat eine Aufnahmeöffnung ausgeformt, in die eine Nutscheibe greift, die mit mindestens einem Zylinderbolzen verbunden ist, damit das Adapterstück oder das bearbeitete Adapterstück in Kontakt mit dem Basiselement bringbar ist. Das Basiselement hat mehrere Aufnahmebolzen ausgebildet, die mit entsprechenden Bohrungen am Adapterstück oder am bearbeiteten Adapterstück derart zusammenwirken, dass ein genaueres Ausrichten des Adapterstücks am Basiselement möglich ist.
Ferner ist eine Einrichtung zur Erfassung des aktuellen relativen Ist-Abstandes zwischen den Adapterstücken in der Spannvorrichtung vorgesehen. Ebenso ist eine Einrichtung zur Erfassung einer Ist-Position der Zylinderbolzen vorgesehen, an dem das jeweilige Adapterstück angeordnet ist. Die Einrichtung zur Erfassung des aktuellen relativen Ist-Abstandes ist ein magnetischer Näherungsschalter.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer beanspruchten Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken. Figur 2 zeigt eine Perspektivansicht einer Spannvorrichtung der beanspruchten Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken mit Adapterstücken in einer ersten Relativposition.
Figur 3 zeigt eine Perspektivansicht einer Spannvorrichtung der beanspruchten Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken mit Adapterstücken in einer zweiten Relativposition.
Figur 4 zeigt den Ausschnitt A aus Figur 2 in vergrößerter Darstellung.
Figur 5 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Spannvorrichtung der Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken.
Figur 6 zeigt eine Perspektivansicht von unten auf eine Spannvorrichtung der beanspruchten Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken.
Figur 7 zeigt eine Perspektivansicht eines zweiten Zylinders und mehrere am zweiten Zylinder angeordnete Elemente.
Figur 8 zeigt eine Perspektivansicht von der dem Werkstück abgewandten Seite eines Adapterstückes der beanspruchten Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes.
Figur 9 zeigt eine Perspektivansicht von der dem Werkstück zugewandten Seite eines Adapterstückes der beanspruchten Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes.
Figur 10 zeigt den Austausch eines am Halteelemente angeordneten
Adapterstückes
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele da, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar. Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken. Die Vorrichtung 1 zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel eine erste Formgebungsvorrichtung 5 und eine zweite Formgebungsvorrichtung 7. Bei den Formgebungsvorrichtungen 5 und 7 kann es sich beispielsweise um Fräsmaschinen oder geeignete CNC-Maschinen zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken handeln. Jede Formgebungsvorrichtung 5 und 7 besitzt eine Spannvorrichtung 3, die im Inneren der jeweiligen Formgebungsvorrichtung 5 und 7 angebracht ist. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 1 eine Montagestation 17, die ebenso eine Spannvorrichtung 3 beinhalten kann. Eine Handhabungseinrichtung 1 1 ist auf einer Führung 13, ausgebildet durch Schienen, angeordnet, um ihre Position und damit ihren Erfassungsbereich ändern zu können. Weiter führt ein Fließband 12 von einer Lagereinrichtung 9 über den Erfassungsbereich der Handhabungseinrichtung 1 1 zur Montagestation 17 zurück zur Lagereinrichtung 9.
Werkstücke und Adapterstücke 31 (unbearbeitet oder bearbeitet), die nicht an einem Halteelement 36 der Spannvorrichtung 3 (vgl. Fig. 5) angeordnet sind, können in der Lagereinrichtung 9 gespeichert werden. Auch kann durch die erfindungsgemäße Anordnung über das Fließband 12 ein Transport von Werkstücken und/oder bearbeiteten Adapterstücken 31 ' zur Montagestation 17 erfolgen. Adapterstücke 31 und/oder bearbeitete Adapterstücke 31 ' (vgl. Fig. 2) und Werkstücke sind im gezeigten Ausführungsbeispiel auf Paletten 19 angeordnet. Zum Entnehmen und Platzieren von Paletten 19 auf dem Fließband 12 ist ein Roboter 15 bzw. 16 vorgesehen.
Die Handhabungseinrichtung 1 1 und der Roboter 15, 16 sind derart ausgestaltet, dass sie Adapterstücke 31 , bearbeitete Adapterstücke 31 ' und Werkstücke vom Fließband 12 entnehmen können und in der jeweiligen Formgebungsvorrichtung 5 und 7 bzw. in der Montagestation 17 an der Spannvorrichtung 3 anordnen. Ist ein Anpassen von am Halteelement 36 angeordneten Adapterstücken 31 oder bearbeiteten Adapterstücken 31 ' an die Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstückes notwendig, so wird ein bereits hinsichtlich seiner Geometrie bearbeitetes Adapterstück 31 ' durch die Handhabungseinrichtung 1 1 von der Spannvorrichtung 3 entfernt und auf dem Fließband 12 positioniert. Befindet es sich nach Transport auf dem Fließband 12 im Erfassungsbereich des Roboters 15, so platziert dieser es in der Lagereinrichtung 9. Weiter positioniert die Handhabungseinrichtung 1 1 ein unbearbeitetes Adapterstück 31 an der Spannvorrichtung 3 der jeweiligen Formgebungsvorrichtung 5 oder 7, wo es durch die Formgebungsvorrichtung 5 oder 7 an die Geometrie des zu bearbeitenden Werkstückes angepasst wird. Die unbearbeiteten Adapterstücke 31 und die unbearbeiteten Werkstücke können durch das Fließband 12 zum Erfassungsbereich der Handhabungseinrichtung 1 1 transportiert werden. Der Rücktransport von Adapterstücken 31 , bearbeiteten Adapterstücken 31 'und bearbeiteten Werkstücken erfolgt ebenfalls durch das Fließband 12 zur Montagestation 17 oder zur Lagereinrichtung 9. Die Umsetzung des Verfahrens erfolgt durch ein rechnergestütztes System 2 vollautomatisiert.
Figur 2 zeigt eine Perspektivansicht einer Spannvorrichtung 3 der beanspruchten Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken 1 mit
Adapterstücken 31 ' in einer ersten Relativposition. Die Spannvorrichtung 3 umfasst zwei relativ zueinander bewegliche Adapterstücke 31 oder bearbeitete Adapterstücke 31 '. Die Adapterstücke 31 oder die bearbeiteten Adapterstücke 31 ' befinden sich unter Druckbeaufschlagung in Oberflächenkontakt mit dem jeweiligen Basiselement 33. Die Spannvorrichtung 3 ist auf einer Trägerplatte 21 angeordnet. Zudem ist ein
Wegseilsensor 37 vorhanden, der ebenfalls an der Trägerplatte 21 angeordnet ist. Der Wegseilsensor 37 dient zur Generierung eines exakten Positionssignals des entlang einer Schiene verschiebbaren Basiselements 33 für eine hier nicht dargestellte Auswerteeinrichtung. Weiter ist ein zweiter Zylinder 23 mit Druckluftanschlüssen 25 vorgesehen, der durch Kräfteübertragung mittels Druckluft die Relativbewegung der Basiselemente 33 und der Adapterstücke 31 oder der bearbeiteten Adapterstücke 31 ' zueinander ermöglicht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Relativbewegung lediglich durch die Bewegung eines der beiden Basiselemente 33 und eines sich mit dem Basiselement in Oberflächenkontakt befindlichen Adapterstücks 31 oder bearbeiteten Adapterstückes 31 '. Auch Ausführungsbeispiele mit mehreren zueinander beweglichen Adapterstücken 31 oder bearbeiteten Adapterstücken 31 ' sind im Rahmen der Erfindung möglich. Der zweite Zylinder 23 ist über einen Flansch 29 mit der Grundkonstruktion 27 verbunden.
Figur 3 zeigt eine Perspektivansicht der Spannvorrichtung 3 der beanspruchten Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken 1 mit bearbeiteten Adapterstücken 31 ' in einer zweiten Relativposition. Das Basiselement 33 ist mit dem Zylinderbolzen 55 des zweiten Zylinders 23 verbunden. Da das Adapterstück 31 oder das bearbeitete Adapterstück 31 ' mit dem Basiselement 33 in Oberflächenkontakt steht, wird eine Relativbewegung von Adapterstücken 31 oder bearbeiteten Adapterstücken 31 ' zueinander durch eine Positionsveränderung des Zylinderbolzens 55 herbeigeführt. Die Positionsveränderung des Zylinderbolzens 55 erfolgt durch eine pneumatische Kraftübertragung des zweiten Zylinders 23 auf den Zylinderbolzen 55.
Das bearbeitete Adapterstück 31 ' bleibt während des ganzen Bewegungsprozesses fest am Basiselement 33 angeordnet.
Die Relativbewegung dient zum Spannen eines Werkstückes zwischen den bearbeiteten Adapterstücken 31 '. Der Bewegungsablauf wird durch ein rechnergestütztes System 2 (in Figur 3 nicht dargestellt) vollautomatisiert gesteuert.
Figur 4 zeigt den Ausschnitt A aus Figur 2 in vergrößerter Darstellung. Ein Wegseilsensor 37 ist über ein Verbindungselement 45 an der Grundkonstruktion 27 fixiert. Weiter verfügt der Wegseilsensor 37 über ein Messseil 43, das über ein Verbindungsstück 39 mit dem Basiselement 33 verbunden ist. Die Verbindung zwischen Messseil 43 und Verbindungsstück 39 ist über ein Gewinde 41 hergestellt. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, den Abstand des Basiselementes 33 zum Wegseilsensor 37 zu erfassen. Ist nun der Abstand zwischen Wegseilsensor 37 und Basiselement 33 bekannt, können diese Daten in ein rechnergestütztes System 2 eingespeist werden. Durch die Anordnung eines
Adapterstückes 31 ' am Basiselement 33, kann das rechnergestützte System 2 nun Rückschlüsse über die Position des Adapterstücks 31 bzw. des bearbeiteten Adapterstückes 31 ' ziehen und hieraus Rückschlüsse über den relativen Abstand der Adapterstücke 31 bzw. der bearbeiteten Adapterstücke 31 ' zueinander gewinnen. Ist dem rechnergestützten System 2 zudem die geometrische Ausgestaltung von der bearbeiteten Adapterstücke 31 ' bekannt, so kann auf eine Kalibrierung, wie bei herkömmlichen Spannsystemen notwendig, verzichtet werden.
Figur 5 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Spannvorrichtung 3 der Vorrichtung 1 zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken. Ein Basiselement 33 ist mit einer Aussparung versehen, innerhalb derer ein erster Zylinder 53 angeordnet ist. Der erste Zylinder 53 ist an seiner oberen Seite mit Druckluftanschlüssen 47 versehen, die zum Anschluss von Pneumatikschläuchen vorgesehen sind. Zudem ist eine Nutscheibe 49 vorhanden, die mit einer Flachmutter 51 am Halteelement 36 angebracht werden kann. Das Adapterstück 31 und ebenso das bearbeitete Adapterstück 31 ' weist auf seiner dem Basiselement 33 zugewandten Seite Öffnungen 65 zur Aufnahme der Nutscheibe 49 auf. Hierdurch kann das Adapterstück 31 am Basiselement 33 vorübergehend fixiert werden. Die vorübergehende Fixierung erfolgt durch eine Bewegung des Halteelementes 36 entlang einer linearen Achse und eines damit einhergehenden Anpressens des Adapterstückes 31 oder des bearbeiteten Adapterstücks 31 ' am Basiselement 33. Zudem sind Aufnahmebolzen 62vorgesehen, die in Bohrungen 63 des Adapterstückes 31 geführt werden. Hierdurch wird ein genaueres Ausrichten des Adapterstückes 31 bzw. des bearbeiteten Adapterstücks 31 ' am Basiselement 33 ermöglicht. Zum Befestigen des ersten Zylinders 53 am Basiselement 33 ist eine Schraubverbindung 57 vorhanden.
Weiter ist ein Sensor 52 vorhanden, der hinsichtlich seiner Funktion derart ausgestaltet ist, dass er die Ist-Position von Halteelementen 36 erfassen kann. Ein Halteelement 36 weist, wenn das jeweilige dem Halteelement 36 zugehörige Adapterstück 31 bzw. bearbeitete Adapterstück 31 ' am Basiselement 33 angeordnet ist, eine vordefinierte Position auf. Angaben zu dieser Position können in einem rechnergestützten System 2 abgelegt sein. Ist das jeweilige Adapterstück 31 bzw. bearbeitete Adapterstück 31 ' am Basiselement 33 angeordnet, so kann der magnetische Näherungsschalter 52 Angaben bezüglich der Position eines Halteelementes 36, an dem das jeweilige Adapterstück 31 bzw. bearbeitete Adapterstück 31 ' angeordnet ist, an das rechnergestützte System 2 weiterleiten. Weichen die übermittelten Istwerte von einem Sollwert bezüglich der vordefinierten
Position des jeweiligen Halteelementes 36 ab, so kann das rechnergestützte System 2 beispielsweise derart ausgebildet sein, dass es eine Abschaltung einer oder mehrerer der Komponenten der beanspruchten Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes 1 herbeiführt.
Figur 6 zeigt eine Perspektivansicht von unten auf eine Spannvorrichtung 3 der beanspruchten Vorrichtung 1 zum Halten und Bearbeiten von Werkstücken. Das hier gezeigte Basiselement 33 ist mit Bohrungen 59 zur Verbindung mit einer Grundkonstruktion 27 versehen. Es ist ein Basiselement 33 dargestellt, das nicht durch einen Zylinderbolzen 55 eines zweiten Zylinders 23 bewegt werden soll, sondern sich in einer Fixposition befindet. Bei bewegbaren Basiselementen 33, sind die dargestellten Bohrungen 59 nicht nötig. Die Nutscheibe 49 befindet sich bereits in der Aufnahmeöffnung 65 des Adapterstücks 31 bzw. des bearbeiteten Adapterstückes 31 '. Hierdurch ist das Adapterstück 31 bzw. das bearbeitete Adapterstück 31 ' mit dem Halteelement 36 verbunden. Das Halteelement 36 ist derart ausgebildet, dass es eine lineare Bewegung in der unter B vorgegebenen Pfeilrichtung durchführen kann. Hierdurch kann das Adapterstück 31 bzw. das bearbeitete Adapterstück 31 ' unter Druckbeaufschlagung mit dem Basiselement 33 verbunden werden.
Figur 7 zeigt eine Perspektivansicht eines zweiten Zylinders 23 und mehrerer am zweiten Zylinder 23 angeordneter Elemente. Am Zylinderbolzen 55 können Adapterstücke 31 bzw. bearbeitete Adapterstücke 31 ' über Basiselemente 33 angebracht werden. Je nach Ausführungsform ist es auch möglich, lediglich
Adapterstücke 31 bzw. bearbeitete Adapterstücke 31 ' ohne Basiselement 33 am Zylinderbolzen 55 anzuordnen. Die Bewegung des Zylinderbolzens 55 wird durch Kraftübertragung des zweiten Zylinders 23 auf den Zylinderbolzen 55 sichergestellt. Zudem sind Verbindungselemente 61 vorgesehen, die die Anbindung des Flansches 29 an die Grundkonstruktion 27 ermöglichen. Der Flansch 29 ist über
Schraubverbindungen am ersten Zylinder 23 befestigt. Zudem ist eine Mutter 28 vorgesehen, die zur Fixierung eines Basiselementes 33 am Zylinderbolzen 55 dient.
Figur 8 zeigt eine Perspektivansicht von der dem Werkstück abgewandten Seite eines Adapterstückes 31 der beanspruchten Vorrichtung 1 zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes. Das Adapterstück 31 und somit auch das bearbeitete Adapterstücke 31 ' ist mit Bohrungen 63 versehen, in welche Aufnahmebolzen 62 des Basiselementes 33 greifen können. Weiter ist eine Aufnahmeöffnung 65 vorhanden, durch welche das Adapterstück 31 bzw. das bearbeitete Adapterstück 31 ' über eine Nutscheibe 49 mit dem Halteelement 36 lösbar verbunden werden kann. Hiervon abgesehen sind eine Vielzahl weiterer Verbindungsmechanismen zwischen Halteelement 36 und Adapterstück 31 oder bearbeiteten Adapterstück 31 ' möglich, denen auch verschiedene Wirkprinzipien, wie beispielsweise magnetische oder elektrische, zugrunde liegen können. Auch hinsichtlich der Formgebung der Nutscheibe 49 und der Aufnahmeöffnung 65 sind bei der Ausführung keine Grenzen gesetzt, solange diese in Wirkzusammenhang stehen.
Figur 9 zeigt eine Perspektivansicht von der dem Werkstück zugewandten
Seite eines Adapterstückes 31 oder bearbeiteten Adapterstücks 31 ' der beanspruchten Vorrichtung 1 zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes. Das Adapterstück 31 oder bearbeitete Adapterstück 31 ' besitzt einen Fortsatz 67 mit einer Griffnut 69. Die Handhabungseinrichtung 1 1 kann durch den Fortsatz 67 mit Griffnut 69 auf das Adapterstück 31 oder bearbeitete Adapterstück 31 ' zugreifen und es an der gewünschten Stelle positionieren.
Figur 10 illustriert den Austausch eines am Halteelement 36, 55 angeordneten Adapterstückes 31 '. In der dargestellten Ausführungsform wird das Adapterstück 31 oder bearbeitete Adapterstück 31 ' mit dem Halteelement 36 über ein Basiselement 33 verbunden. Während des ersten Schrittes 73 erfolgt die Anordnung des
Adapterstückes 31 oder des bearbeiteten Adapterstücks 31 ' am Halteelement 36. Im zweiten Schritt 74 führt das Halteelement 36, 55 eine lineare Bewegung in Richtung des Basiselementes 33 aus, worauf das nun am Halteelement 36, 55 angeordneten Adapterstücks 31 oder bearbeiteten Adapterstückes 31 ' mit einer Seite fest am Basiselement 33 anliegt. Soll das Adapterstück 31 oder bearbeitete Adapterstück 31 ' ausgetauscht werden, führt das Halteelement 36, 55 eine Bewegung in die der ersten Bewegung entgegengesetzte Richtung aus, so dass das Adapterstück 31 oder bearbeitete Adapterstück 31 ' hierauf nichtmehr am Basiselement 33 anliegt.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
Bezuqszeichenliste:
1 Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes
2 Rechnergestütztes System
3 Spannvorrichtung
5 Erste Formgebungsvorrichtung
7 Zweite Formgebungsvorrichtung
9 Lagereinrichtung
1 1 Handhabungseinrichtung
12 Fließband
13 Führung
15 3-Achs-Roboter
16 Roboter
17 Montagestation 19 Palette
21 Trägerplatte
23 Zweiter Zylinder
25 Druckluftanschluss
27 Grundkonstruktion
28 Mutter
29 Flansch
31 Adapterstück
31 ' bearbeitetes Adapterstück
33 Basiselement
36 Zylinderbolzen erster Zylinder
37 Wegseilsensor 39 Verbindungsstück 41 Gewinde
43 Messseil
45 Verbindungselement 47 Druckluftanschluss (zweiter Zylinder)
49 Nutscheibe
51 Flachmutter
52 Sensor
53 Erster Zylinder
55 Zylinderbolzen zweiter Zylinder
57 Schraubverbindung
59 Bohrung Basiselement
61 Verbindungselement
62 Aufnahmebolzen
63 Bohrung Adapterstück 65 Aufnahmeöffnung
67 Fortsatz
69 Griffnut
73 Schritt 1
74 Schritt 2
A Ausschnitt
B Bewegungsrichtung Halteelement

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes mittels
- mindestens einer Formgebungsvorrichtung (5, 7),
- jeweils mindestens einer im Bereich einer Formgebungsvorrichtung (5, 7) angeordneten Spannvorrichtung (3) zum Halten des Werkstückes, wobei die Spannvorrichtung (3) mindestens zwei relativ zueinander bewegliche, an Halteelementen (36) angeordnete Adapterstücke (31 ') umfasst, und
- mindestens einer Handhabungseinrichtung (1 1 ),
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Austauschen eines ersten an dem Halteelement (36) angeordneten Adapterstückes (31 ') durch ein zweites, nicht an dem Halteelement (36) angeordnetes Adapterstück (31 ) mittels der Handhabungseinrichtung (1 1 ),
b) Anpassen der Geometrie des zweiten Adapterstückes (31 ') an die Geometrie des zu bearbeitenden Werkstückes durch die
Formgebungsvorrichtung (5, 7),
c) Platzierung des Werkstückes, so dass das Werkstück nach der Platzierung in Oberflächenkontakt mit mindestens zwei Adapterstücken (31 ') steht,
d) Bearbeiten des Werkstückes mit der Formgebungsvorrichtung (5, 7) und
e) Entnahme des bearbeiteten Werkstücks und/oder Austauschen des bearbeiteten Werkstücks durch ein unbearbeitetes Werkstück.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Halteelemente Zylinderbolzen (36) eines ersten Zylinders (53) sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der erste Zylinder (53) im Bereich eines Basiselementes (33) angeordnet ist und in einem weiteren Verfahrensschritt ein Adapterstück (31 ') in Oberflächenkontakt mit einem Basiselement (33) gebracht wird, so dass es durch Haftreibung mit diesem verbunden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das jeweilige Adapterstück (31 ') mit dem jeweiligen Basiselement (33) durch Druckbeaufschlagung in Oberflächenkontakt gebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Druckbeaufschlagung pneumatisch erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Druckbeaufschlagung mechanisch erfolgt
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die mechanische Druckbeaufschlagung mittels einer Gewindespindel erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, bei dem mindestens jeweils ein Basiselement (33) am Zylinderbolzen (55) eines zweiten Zylinders (23) angeordnet ist.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Austauschen des bearbeiteten Werkstückes durch ein unbearbeitetes Werkstück mittels der Handhabungseinrichtung (1 1 ) erfolgt.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Platzierung des Werkstückes eine Positionierung des Werkstückes umfasst, die von der Handhabungseinrichtung (1 1 ) vorgenommen wird.
1 1. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Adapterstücke (31 ) und/oder Werkstücke dem Erfassungsbereich der Handhabungseinrichtung (1 1 ) mittels eines Fließbandes (12) zu- und/oder abgeführt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , bei dem Adapterstücke (31 ) und/oder Werkstücke auf Paletten (19) angeordnet sind und die Paletten (19) dem Erfassungsbereich der Handhabungseinrichtung (1 1 ) mittels eines Fließbandes (12) zu- und/oder abgeführt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, bei dem mindestens ein Roboter (15, 16) vorgesehen ist, der Adapterstücke (31 ) und/oder Werkstücke und/oder Paletten (19) auf dem Fließband (12) anordnet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Roboter (15, 16) durch einen 3-Achs- Roboter (15) gebildet ist.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Adapterstücke (31 ) und/oder Werkstücke in einer Lagereinrichtung (9) gespeichert werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem ein oder mehrere Adapterstücke (31 ) und/oder Werkstücke auf Paletten (19) in einer Lagereinrichtung (9) gespeichert werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem der Roboter (15) Adapterstücke (31 , 31 ') und/oder Werkstücke und/oder Paletten (19) der Lagereinrichtung (9) entnimmt.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verfahren über ein rechnergestütztes System (2) gesteuert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem in das rechnergestützte System (2) Daten hinsichtlich des aktuellen relativen Istabstandes von Adapterstücken (31 ') eingespeist werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem Daten hinsichtlich des jeweiligen Istabstandes von Adapterstücken (31 ') über einen Wegseilsensor (37) erfasst werden.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 20, bei dem in das rechnergestützte System (2) Daten hinsichtlich der jeweiligen Ausgestaltung der zu bearbeitenden Werkstücke und/oder der zu bearbeitenden Adapterstücke (31 , 31 ') eingespeist werden.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Handhabungseinrichtung (1 1 ) durch einen 5-Achs-Roboter ausgebildet ist.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Montagestation (17) vorhanden ist und die Montagestation (17) eine Spannvorrichtung (3) mit Halteelementen (36) umfasst, wobei an den Halteelementen (36) bereits bearbeitete Adapterstücke (31 ) angeordnet werden.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem im Bereich derjenigen Spannvorrichtung (3), welche die Montagestation (17) umfasst, eine Platzierung des Werkstückes erfolgt, so dass das Werkstück nach der Platzierung in Oberflächenkontakt mit mindestens zwei Adapterstücken (31 ') steht.
25. Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes (1 ) mit
- mindestens einer Formgebungsvorrichtung (5, 7),
- jeweils mindestens einer im Bereich einer Formgebungsvorrichtung (5, 7) angeordneten Spannvorrichtung (3) zum Halten eines Werkstückes, wobei die Spannvorrichtung (3) mindestens zwei relativ zueinander bewegliche, an Halteelementen (36) angeordnete, Adapterstücke (31 ') umfasst, und
- mindestens einer Handhabungseinrichtung (1 1 ) dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Handhabungseinrichtung (1 1 ) vorgesehen ist zum:
- Austausch eines ersten an einem Halteelement (36) angeordneten Adapterstückes (31 ') durch ein zweites nicht an einem Halteelement (36) angeordneten Adapterstückes (31 )
und die Formgebungsvorrichtung (5, 7) vorgesehen ist zum:
- Anpassen der Geometrie des zweiten Adapterstückes (31 ') an die Geometrie eines zu bearbeitenden Werkstückes und
- zum Bearbeiten eines Werkstückes.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der die Halteelemente Zylinderbolzen (36) eines ersten Zylinders (53) sind.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der der erste Zylinder (53) im Bereich eines Basiselementes (33) angeordnet ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der die Adapterstücke (31 ') während des
Anpassens ihrer Geometrie in Oberflächenkontakt mit den Basiselementen sind.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 oder 28, bei der mindestens jeweils ein Basiselement (33) am Zylinderbolzen (55) eines zweiten Zylinders (23) angeordnet ist.
30. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 29, bei der die Handhabungseinrichtung (1 1 ) durch einen 5-Achs-Roboter ausgebildet ist.
31 . Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 30, bei der ein Fließband (12) zum Transport von Adapterstücken (31 ) und/oder Werkstücken vorgesehen ist, wobei die Handhabungseinrichtung (1 1) zum Zugriff auf das Fließband (12) eingerichtet ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31 , bei der Adapterstücke (31 ) und/oder Werkstücke zum Transport auf Paletten (19) angeordnet sind.
33. Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, bei der ein Roboter (15) vorhanden ist, der zur Platzierung der Adapterstücke (31 ) und/oder Werkstücke und/oder Paletten (19) auf dem Fließband (12) eingerichtet ist.
34. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 33, bei der eine Lagereinrichtung (9) zur Aufbewahrung von Adapterstücken (31 ) und/oder Werkstücken vorgesehen ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, bei der die Adapterstücke (31 ) und/oder Werkstücke in der Lagereinrichtung (9) auf Paletten (19) gespeichert sind.
36. Vorrichtung zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 35, bei der mindestens ein rechnergestütztes System (2) vorhanden ist, das zur Steuerung eines oder mehrerer Komponenten der Vorrichtung (1 ) zum Halten und Bearbeiten eines Werkstückes eingerichtet ist.
37. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 36, bei der die Handhabungseinrichtung (1 1 ) für einen Austausch eines ersten bearbeiteten Werkstückes durch ein zweites unbearbeitetes Werkstück eingerichtet ist.
38. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 37, bei der die
Handhabungseinrichtung (1 1 ) entlang mindestens einer horizontalen Achse (13) positionierbar ist.
39. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 38, bei der eine
Einrichtung zur Erfassung des relativen Ist-Abstandes (37) der Adapterstücke (31 ) zueinander vorhanden ist.
40. Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der die Einrichtung zur Erfassung des Ist- Abstandes ein Wegseilsensor (37) ist.
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