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Die Erfindung betrifft eine Beschickungs- und Entnahme-Anlage für Werkzeug-Maschinen.
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Aus der
DE 103 56 536 A1 ist eine derartige Anlage bekannt, bei der einander benachbarte Werkzeug-Maschinen vorgesehen sind. Zwischen diesen Werkzeug-Maschinen sind Werkstückgreifer vorgesehen, die auf Führungen zwischen den Werkzeug-Maschinen verfahrbar sind. Die Greifer sind zum Zu- und Abführen bearbeiteter und unbearbeiteter Werkstücke in die Arbeitsräume der Werkzeug-Maschinen bewegbar.
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Aus der
DE 199 57 382 A1 ist ein Modul zur automatischen Bearbeitung von Werkstücken bekannt, bei dem mehrere parallel und nebeneinander angeordnete Transportbänder in eine Bearbeitungsmaschine hineinführen. In der Bearbeitungsmaschine selber sind zwei Transportstrecken angeordnet, die quer zu den Transportbändern verlaufen. Es sind Roboterarme zum Umsetzen von Werkstücken von den in die Maschine hineinführenden Transportbändern auf die in der Maschine befindlichen Transportstrecken vorgesehen. Letztere dienen auch zum Abtransport bearbeiteter Werkstücke seitlich aus der Maschine. Eine der beiden Transportstrecken ist beidseitig durch die Bearbeitungseinheit hindurchgeführt. Die Zuordnung von Handhabungsgeräten und Roboterarmen zu den Transportbändern und den Transportstrecken und zu Bearbeitungseinheiten ist nicht im Einzelnen offenbart.
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Aus der
DE 44 45 563 A1 ist eine automatische Teilezusammenbaumaschine, also eine Montagemaschine, bekannt, die auf einem Sockel einen Arbeitstisch und mindestens zwei getrennte Roboter aufweist, die jeweils über eine Handhabungseinrichtung verfügt. Die Roboter sind so zueinander positioniert, dass sich ein gemeinsamer Arbeitsbereich ergibt, in dem die individuellen Arbeitsbereiche der zwei Roboter einander überlappen. Die Roboter und der Arbeitstisch werden so gesteuert, dass sie beim Zusammenbauen der Teile zusammenwirkend arbeiten.
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Aus der
DE 298 04 850 U1 ist eine Bearbeitungsanlage für Werkstücke bekannt, die mehrere Bearbeitungszellen aufweist, wobei mindestens ein zentraler Transportroboter vorgesehen ist, der mehrere Arbeitsplätze bedienen kann, wobei zusätzlich ein Puffer für Werkstücke vorgesehen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschickungs- und Entnahme-Anlage für Werkzeug-Maschinen zu schaffen, die hochflexibel einsetzbar ist und zu einer starken Reduktion der Takt-Zeiten auf der Beschickungs- und Entnahmeseite führt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die an der jeweiligen Werkzeug-Maschine angebrachten Knick-Arm-Roboter, die drei Schwenk-Achsen und eine vertikale Verschiebe-Möglichkeit aufweisen, werden zur Aufnahme eines unbearbeiteten Werkstücks von einer Zuführ-Einrichtung und zum Beschicken der Werkzeug-Maschine und zur Entnahme des bearbeiteten Werkstücks aus der Werkzeug-Maschine eingesetzt, wobei jeweils ein Knick-Arm-Roboter zum Beschicken und der andere Knick-Arm-Roboter für die Entnahme des bearbeiteten Werkstücks eingesetzt wird. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind für serielle Bearbeitungsprozesse anwendbar, bei denen also jeweils auf einer Werkzeug-Maschine eine abschließende Bearbeitung eines Werkstücks stattfindet. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind aber auch für parallele Bearbeitungs-Prozesse einsetzbar, bei denen nebeneinander angeordnete Werkzeug-Maschinen den gleichen Bearbeitungsvorgang an unterschiedlichen Werkstücken vornehmen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Knick-Arm-Roboter und der Zuführ- und der Abführ-Einrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3.
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Die Verkettung nebeneinander angeordneter Werkzeug-Maschinen kann in vorteilhafter Weise mit den Maßnahmen nach den Ansprüchen 4 bis 13 erfolgen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anlage nach der Erfindung in Frontansicht,
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2 die Anlage nach 1 in Draufsicht,
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anlage nach der Erfindung in Frontansicht,
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4 die Anlage nach 3 in Draufsicht,
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5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Anlage nach der Erfindung in Frontansicht,
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6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Anlage nach der Erfindung in Frontansicht,
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7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Anlage nach der Erfindung in Frontansicht und
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8 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Anlage nach der Erfindung in Frontansicht.
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In den 1 und 2 ist eine Werkzeug-Maschine 1 dargestellt, die ein Maschinen-Bett 2 und einen von diesem hochragenden Ständer 3 aufweist. Am Ständer 3 ist ein in horizontaler x-Richtung verfahrbarer x-Schlitten 4 verschiebbar geführt, wobei dessen Verschiebe-Antrieb in x-Richtung mittels eines x-Motors 5 erfolgt. An der einem Arbeitsraum 6 zugewandten Vorderseite des x-Schlittens 4 ist ein y-Schlitten 7 in vertikaler y-Richtung verschiebbar geführt, dessen Verschiebebewegungen von einem y-Motor 8 ausgeführt werden. Am y-Schlitten 7 ist eine sich in z-Richtung erstreckende Spindel-Einheit 9 in z-Richtung unverschiebbar angebracht. Die Spindel-Einheit 9 weist eine von einem Spindel-Motor 10 drehantreibbare Spindel 11 auf, die an ihrem dem Arbeitsraum 6 zugewandten Ende eine Werkzeug-Aufnahme 12 aufweist. Die z-Richtung und damit die Richtung der Spindel 11 steht senkrecht auf der x-y-Ebene.
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An der Unterseite des Arbeitsraums 6 befindet sich auf dem Maschinen-Bett 2 eine z-Führung 13, auf der ein Werkstück-Schlitten 14 in z-Richtung verfahrbar angeordnet ist. Die Verfahr-Bewegung des Werkstück-Schlittens 14 erfolgt mittels Linear-Motoren 15, die über eine Kabel-Schlepp-Einrichtung 16 mit Strom versorgt werden.
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Auf dem Werkstück-Schlitten 14 ist eine Werkstück-Aufnahme 17 angebracht, die um eine vertikale B-Achse 18 schwenkbar ausgebildet sein kann. Der Werkstück-Schlitten 14 ist zwischen einer in 2 dargestellten Be- und Entlade-Position 19 und einer nicht dargestellten Bearbeitungs-Position vor der Spindel-Einheit 9 verfahrbar. Soweit die Werkzeug-Maschine 1 bis hierher beschrieben ist, ist sie im Grundsatz bekannt und in der Praxis üblich.
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An der der Be- und Entlade-Position 19 benachbarten Front-Seite 20 der Werkzeug-Maschine 1 sind zwei Knick-Arm-Roboter 21, 21' angeordnet, die jeweils identisch ausgebildet sind. Jeder Knick-Arm-Roboter 21, 21' weist einen ersten Arm 22 und einen zweiten Arm 23 auf. Der erste Arm 22 ist an einem Hub-Schlitten 24 angelenkt, der auf einer vertikalen Schiene 25 mittels eines Hub-Motors 26 vertikal verschiebbar gelagert ist. Der erste Arm 22 ist auf dem Hub-Schlitten 24 mittels eines ersten Schwenk-Motors 27 um eine vertikale Achse 27' schwenkbar angelenkt. An dem dem ersten Schwenk-Motor 27 abgewandten Ende des ersten Armes 22 ist der zweite Arm 23 am ersten Arm 22 angelenkt und ebenfalls um eine vertikale Achse 28' mittels eines zweiten Schwenk-Motors 28 schwenkbar.
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Am freien Ende des zweiten Arms 23 ist wiederum eine Werkstück-Trag-Einrichtung angebracht, die beim Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 als Werkstück-Greifer 29 ausgebildet ist. Der Werkstück-Greifer 29 ist gegenüber dem zweiten Arm 23 mittels eines dritten Schwenk-Motors 30 ebenfalls um eine vertikale Achse 30' schwenkbar.
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Wie der Zeichnung weiterhin entnehmbar ist, sind vor der Front-Seite 20 der Werkzeug-Maschine 1 eine als Rollenband ausgebildete Zuführ-Einrichtung 31 und eine ebenfalls als Rollenband ausgebildete Abführ-Einrichtung 32 angeordnet, wobei – bezogen auf die Werkstück-Transport-Richtung 33 – die Zuführ-Einrichtung 31 unmittelbar vor der Werkzeug-Maschine 1 zur Zuführung von unbearbeiteten Werkstücken 34 endet und die Abführ-Einrichtung 32 unmittelbar hinter der Werkzeug-Maschine 1 zum Abtransport von bearbeiteten Werkstücken 34' beginnt.
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Seitlich am Gehäuse 35 der Werkzeug-Maschine 1 ist eine Bedienungs-Einheit 36 angebracht.
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Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, ist der in der Zeichnung links dargestellte Knick-Arm-Roboter 21 ein Beschickungs-Roboter und der in der Zeichnung jeweils rechts dargestellte Knick-Arm-Roboter 21' ein Entnahme-Roboter.
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Der Beschickungs-Roboter 21 nimmt in einer in 1 dargestellten Position mittels seines Greifers 29 ein Werkstück 34 von dem Zuführ-Rollenband 31. Hierbei wird der Hub-Schlitten 24 nach dem Ergreifen des Werkstücks 34 etwas hochgefahren, damit das Werkstück 34 vom Rollenband 31 freikommt. Anschließend erfolgt unter entsprechendem Antrieb aller drei Schwenk-Motoren 27, 28, 30 ein Verschwenken des Werkstücks 34 bis über die Werkstück-Aufnahme 17, die sich in der Be- und Entlade-Position 19 befindet, wobei mittels des dritten Schwenk-Motors 30 auch das Ausrichten des Werkstücks 34 über der Aufnahme 17 erfolgt. Dann erfolgt das Absenken des Werkstücks 34 mittels des Hub-Motors 26 auf die Aufnahme 17. Der Greifer 29 wird vom Werkstück 34 gelost. Mittels des Hub-Motors 26 wird der Hub-Schlitten 24 wieder angehoben, so dass der Greifer 29 vom Werkstück 34 freikommt. Anschließend erfolgt ein Rückschwenken des Beschickungs-Roboters 21 wieder über die Zuführ-Rollenbahn 31. Der mit einem unbearbeiteten Werkstück 34 bestückte Werkstück-Schlitten 14 wird im Arbeitsraum 6 in die nicht dargestellte Bearbeitungsposition vor der Spindel-Einheit 9 verfahren, wo die Bearbeitung mittels eines in der Werkzeug-Aufnahme 12 der Spindel 11 befindlichen Werkzeugs erfolgt. Nach der Bearbeitung wird der das bearbeitete Werkzeug 34' tragende Werkstück-Schlitten 14 wieder in die Be- und Entlade-Position 19 zurückverfahren, wo das Werkstück 34' vom Entlade-Roboter 21' entnommen wird. Der Bewegungsablauf entspricht in umgekehrter Reihenfolge dem Bewegungsablauf bei der Beschickung. Der Greifer 29 wird durch entsprechende Betätigung des Hub-Motors 26 von oben auf das Werkstück 34' abgesenkt und ergreift das Werkstück. Anschließend werden die Arme 22, 23 durch umgekehrte Betätigung des Hub-Motors 26 angehoben und dann der Greifer 29 mit Werkstück 34' durch entsprechenden Antrieb der Schwenk-Motoren 27, 28, 30 aus der Werkzeug-Maschine 1 herausgeschwenkt und – wie 1 und 2 entnehmbar ist – auf das Abführ-Rollenband 32 übergeben. Dort wird der Greifer 29 wiederum durch Betätigung des Hub-Motors 26 abgesenkt, bis das bearbeitete Werkstück 34' auf dem Rollenband 32 aufliegt. Der Greifer 29 wird gelöst und wieder durch umgekehrte Betätigung des Hub-Motors 26 angehoben. Es erfolgt dann ein Rückschwenken des Entnahme-Roboters 21'. Die geschilderten Bewegungsabläufe des Beschickungs-Roboters 21 und des Entnahme-Roboters 21' sind in der Praxis zeitlich überlappend, so dass die Takt- Zeiten minimiert werden.
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Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den 3 und 4 unterscheidet sich von dem nach den 1 und 2 nur dadurch, dass die Werkstück-Trag-Einrichtung nicht als Werkstück-Greifer, sondern als sogenanntes Werkstück-Tablett 37 ausgebildet ist, mittels dessen ein Werkstück 34, 34' nicht von oben ergriffen wird, sondern das unter ein auf dem Zuführ-Rollenband 31 befindliches zu bearbeitendes Werkstück 34 oder ein auf der Werkstück-Aufnahme 17 befindliches bearbeitetes Werkstück geschoben und dann angehoben wird. Die Abhebe- und Absetz-Bewegungen des Werkstück-Tabletts 37 beim Aufnahme und Absetzen eines Werkstücks 34 bzw. eines Werkstücks 34' sind also genau umgekehrt wie bei der Ausführungsform mit einem Greifer 29.
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Wie sich aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt, findet bei den Ausführungsbeispielen nach den 1, 2 und 3, 4 jeweils ein serieller Bearbeitungsprozess statt. Das bedeutet, dass auf nur einer Werkzeug-Maschine 1 eine Bearbeitung eines Werkstücks 34 stattfindet, das dann auf einer nachgeordneten Werkzeug-Maschine 1 in anderer Weise weiterbearbeitet wird, oder aber das nach der Bearbeitung auf der Werkzeug-Maschine 1 fertigbearbeitet ist.
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Demgegenüber findet auf den Werkzeug-Maschinen-Anordnungen gemäß den Ausführungsbeispielen nach 5 bzw. 6 bzw. 7 bzw. 8 jeweils eine Parallel-Bearbeitung statt, d. h. auf mehreren gleichen Werkzeug-Maschinen erfolgt parallel zueinander jeweils derselbe Bearbeitungsvorgang, wobei durch die Werkstück-Zu- und Abführung eine Optimierung der Maschinen-Nutzung erreicht wird. Die Werkzeug-Maschinen sind grundsätzlich die gleichen wie bei den Ausführungsbeispielen nach den 1, 2 bzw. 3, 4, so dass von einer erneuten Beschreibung Abstand genommen wird. Die zeichnerische Darstellung in den 5 bis 8 ist bezüglich der Zuführ-Einrichtungen und der Abführ-Einrichtungen jeweils so, als wenn sich noch weitere Werkzeug-Maschinen an die dargestellten Werkzeug-Maschinen 1, 1' anschließen würden, die ebenfalls jeweils denselben Bearbeitungsprozess durchführen wie die beiden dargestellten Werkzeug-Maschinen 1, 1'.
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Wie dem Ausführungsbeispiel nach 5 entnehmbar ist, sind mehrere Werkzeug-Maschinen 1, 1' in Werkstück-Transport-Richtung 33 hintereinander angeordnet. Den Werkzeug-Maschinen 1, 1' ist eine Zuführ-Einrichtung 38 in Form von Rollenbändern zugeordnet. Unterhalb der Ebene der Zuführ-Einrichtung 38 ist eine Abführ-Einrichtung 39 vorgesehen. Die Zuführ-Einrichtung 38 weist vor jeder Werkzeug-Maschine 1, 1' eine Lücke 40, 40' auf. Die auf dem Zuführ-Rollenband 38 herangeführten unbearbeiteten Werkstücke 34 werden in der bereits geschilderten Weise mittels des Knick-Arm-Roboters 21 in die Werkzeug-Maschine 1 zur Bearbeitung eingegeben und nach der Bearbeitung von dem Knick-Arm-Roboter 21' herausgenommen und auf dem Abführ-Rollenband 39 abgelegt. Die Ablage erfolgt ebenfalls in der bereits geschilderten Weise, wobei lediglich der Knick-Arm-Roboter 21' mittels seines Hub-Schlittens 24 nach unten verfahren werden muss, wie es in 5 dargestellt ist.
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Die auf dem Zuführ-Rollenband 38 herangeförderten unbearbeiteten Werkstücke 34, die auf der ersten Werkzeug-Maschine 1 nicht bearbeitet werden können, werden zur Bearbeitung auf der nächsten Werkzeug-Maschine 1' zu dieser durchgefördert. Ein derartiges Werkstück 34, das von der ersten Werkzeug-Maschine 1 nicht bearbeitet werden kann, weil diese Maschine 1 bereits besetzt ist, wird von dem Knick-Arm-Roboter 21 oder 21' aufgenommen und unter Überbrückung der Lücke 40 auf das Zuführ-Rollenband 38 zwischen den Werkzeug-Maschinen 1, 1' übergesetzt, von wo es in der bereits geschilderten Weise von dem Knick-Arm-Roboter 21 der zweiten Werkzeug-Maschine 1' übernommen und in die Maschine 1' eingeführt wird. Die Gesamtlänge der beiden Arme 22, 23 jedes Knick-Arm-Roboters 21 bzw. 21' ist so groß und ihre Anordnung an der Werkzeug-Maschine 1 bzw. 1' ist derart, dass die Lücken 40, 40' im Zuführ-Rollenband 38 von nur einem Knick-Arm-Roboter 21 bzw. 21' überbrückt werden können. Das auf der zweiten Werkzeug-Maschine 1' fertigbearbeitete Werkstück 34' wird auf dem unteren Abführ-Rollenband 39 in der geschilderten Weise abgesetzt. Diese Anordnung lässt sich mit beliebig vielen in Transport-Richtung 33 hintereinander angeordneten Werkzeug-Maschinen fortsetzen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 ist der Werkzeug-Maschine 1 bereits eine weitere nicht dargestellte Werkzeug-Maschine – bezogen auf die Transport-Richtung 33 – vorgeordnet, von der bereits fertig bearbeitete Werkstücke 34' auf der unteren Abführ-Einrichtung 39' abtransportiert werden. Die Zuführ-Einrichtung 38 ist wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 5 ausgebildet. Die Abführ-Einrichtung 39' wie auch die Zuführ-Einrichtung 38 weisen vor der jeweiligen Werkzeug-Maschine 1, 1' jeweils eine Lücke 41, 41' oder 40, 40' auf. Das Beschicken der Werkzeug-Maschine 1, 1' mit unbearbeiteten Werkstücken 34 und die Entnahme der bearbeiteten Werkstücke 34' erfolgt in der bereits geschilderten Weise. Das Übersetzen unbearbeiteter Werkstücke 34 auf der Zuführ-Einrichtung 38 über die Lücke 40 vor der ersten Werkzeug-Maschine 1 bzw. über die Lücke 40' vor der zweiten Werkzeug-Maschine 1' erfolgt ebenfalls in der für 5 bereits geschilderten Weise. Auch das Absetzen bearbeiteter Werkstücke 34' mittels eines Knick-Arm-Roboters 21' auf der unteren Abführ-Einrichtung 39' erfolgt in der für 5 geschilderten Weise. Jedoch werden hier die Knick-Arm-Roboter 21 oder 21' auch dazu eingesetzt, bearbeitete Werkstücke 34' vor der ersten bzw. zweiten Werkzeug-Maschine 1 oder 1' unter Überbrückung der jeweiligen Lücke 41 oder 41' auf dem Abführ-Rollenband 39' umzusetzen, wie dies für das Umsetzen der unbearbeiteten Werkstücke 34 zu 5 bereits geschildert worden ist.
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Zusätzlich sind zwischen benachbarten Werkzeug-Maschinen 1, 1' und gegebenenfalls weiteren Werkzeug-Maschinen oberhalb der Zuführ-Einrichtung 38 als Rollenbänder ausgebildete Speicher-Einrichtungen 42 vorgesehen. Damit auch diese Speicher-Einrichtungen 42 von den Knick-Arm-Robotern 21 bzw. 21' erreicht werden können, sind die Schienen 25', auf denen der jeweilige Hub-Schlitten 24 in der Höhe verfahren wird, nach oben verlängert.
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Das Ausführungsbeispiel nach 7 unterscheidet sich von dem nach 6 – außer dass keine Speicher-Einrichtungen 42 vorgesehen sind – dadurch, dass die Lücken 40, 40' und 41, 41' an der Zuführ-Einrichtung 38 und der Abführ-Einrichtung 39' nicht von den Knick-Arm-Robotern 21, 21' überbrückt werden, sondern von vor jeder Werkzeug-Maschine 1 bzw. 1' angeordneten, als Rollenbänder ausgebildeten Überbrückungs-Einrichtungen 43 bzw. 43', die in der Höhe mittels Hub-Antrieben 44 derart verstellbar sind, dass sie die jeweilige Lücke 40, 40' im Zuführ-Rollenband oder die Lücke 41, 41' im Abführ-Rollenband 39' überbrücken. Wenn unbearbeitete Werkstücke 34 auf der Zuführ-Einrichtung 38 vor einer Werkzeug-Maschine 1 oder 1' durchgeschleust werden sollen, dann wird die entsprechende Überbrückungs-Einrichtung 43 bzw. 43' nach oben verfahren, wie es vor der ersten Werkzeug-Maschine 1, 1' dargestellt ist. Wenn dagegen auf der unteren Abführ-Einrichtung 39' transportierte bearbeitete Werkstücke 34' durchgeschleust werden sollen, dann wird die Überbrückungs-Einrichtung 43, 43' mittels der Hub-Antriebe 44 in die untere Position verfahren, wie es in 7 vor der zweiten Werkzeug-Maschine 1' dargestellt ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 8 weist die ansonsten durchgehende Zuführ-Einrichtung 38' eine Lücke 45 zwischen den Werkzeug-Maschinen 1, 1' auf. Die Abführ-Einrichtung 39'' weist senkrecht unter der Lücke 45 eine Lücke 46 auf. Diese kann von einer ebenfalls als Rollenband ausgebildeten Überbrückungs-Einrichtung 47 überbrückt werden, die vertikal zwischen den beiden Einrichtungen 38, 39 mittels Hub-Antrieben 48 verschiebbar ist. Auch hier erfolgt die Beschickung der Werkzeug-Maschine 1, 1' mit unbearbeiteten Werkstücken 34 und deren Entnahme nach der Bearbeitung mittels der Knick-Arm-Roboter 21, 21' in der geschilderten Weise. Zum Durchfördern von unbearbeiteten Werkstücken 34 vor der ersten Werkzeug-Maschine 1 zur zweiten Werkzeug-Maschine 1' wird die Überbrückungs-Einrichtung 47 hochgefahren, so dass die Lücke 45 geschlossen ist. Ein in der Werkzeug-Maschine 1 bearbeitetes Werkstück 34' wird dagegen vom Knick-Arm-Roboter 21' auf der Überbrückungs-Einrichtung 47 abgesetzt, die mit diesem Werkstück 34' in die untere Position verfahren wird, wo es dann auf das untere Abführ-Rollenband 39'' weitergefördert wird.