DE19826507A1

DE19826507A1 - Bearbeitungsmodulsystem

Info

Publication number: DE19826507A1
Application number: DE1998126507
Authority: DE
Inventors: Wilfried Taubner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 1999-12-16

Description

Die Erfindung betrifft Bearbeitungsmodule entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Maschinen zur Bearbeitung von Werkstücken bekannt, wie Dreh-, Fräs-, Bohr-, Schleif- u.a. Maschinen, die entspr. dem Stand der Technik weiterentwickelt wurden und numerisch gesteuert, bis hin zu Bearbeitungszentren mit automatischen Werkzeug-und Werkstückwechsel, bis hin zu Fertigungssystemen zusammengestellt, zum Einsatz kommen. Desgleichen gibt es Sondermaschinen und Taktstraßen für Werkstücke mit großen Stückzahlen, die auch, dem Trend entsprechend flexibler, umrüstbarer gestaltet sind.

Aus dieser historischen Entwicklung heraus ergeben sich Grenzen und Nachteile, die eine schnellere Steigerung der Produktivität, der Flexibilität sowie eine breitere Ausnutzung der Standardisierung und Unifizierung nicht, oder nur teilweise zulassen. So sind viele Entwicklungs-und Automatisierungsvarianten bekannt die alle dem gleichen Zweck dienen und nur deshalb sein müssen um die Anpassung an die unterschiedlichen Ausgangsbedingungen zu gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es weitestgehend diesen Weg zu verlassen und folgenden Vorteile zu erreichen:

- mehr Werkstücke pro Zeiteinheit und pro Bediener durch gleichzeitige Bearbeitung mehrerer gleicher oder unterschiedlicher Werkstücke bis hin zur Bearbeitung eines Werkstückes gleichzeitig mit
- mehreren, voneinander unabhängig agierenden Arbeitsspindeln, in einem Bearbeitungsmodul, der so konstruiert ist, das Produktionsfläche und -höhe durch flexible Arbeitsbereiche (x und y-Bereich) voll genutzt werden können (einige Beispiele z.B. dargestellt in Fig. 3).
- größtmögliche Universalität bezogen auf die Werkstückstückzahl durch die erfindungsgemäße Ausführung des Bearbeitungsmoduls, so daß von der Bearbeitung eines einzelnen Werkstückes bis zur Taktbearbeitung großer Stückzahlen alles möglich ist.
- durch den Aufbau der Bearbeitungsmodule und ihrer Bausteine streng gegliedert und getrennt nach:

Werkzeugseite

- mit wahlweise ein - mehreren Arbeitsspindeln gleicher oder unterschiedlicher Ausführung
- mit getrenntem Werkzeugwechselbaustein
- mit getrenntem Werkzeugspeicher unterschiedlicher Größe, beispielsweise dargestellt in Fig. 1 fürBohren, Fräsen u.ä. mit 4 Arbeitsspindeln

Werkstückseite

- mit wahlweise ein - mehreren, in einer Achse verstellbaren Arbeitsplätzen in Form von Werkstückträgern
- mit einstellbaren Werkstückwechselgestellen vom Einzelstückgestell bis zum Mehrstationentaktgestell konfiguriert, beispielsweise dargestellt in Fig. 2 für 4 Bearbeitungsstationen zur Bearbeitung prismatischer Teile.

Dieser Aufbau, der sich im Steuerungsteil fortsetzt erlaubt die Ausbaustufen z.B. der Automatisierung je nach Bedarf vom Werkzeug- oder Werkstückwechsel von Hand über automatisiert im Bearbeitungsmodul bis zur Übergabe an einen nächsten Modul (ob Bearbeitungs- oder Speichermodul) aufzurüsten, um- oder abzurüsten. Das bedeutet, daß Modulbausteine innerhalb von Fertigungsbereichen umgesetzt werden können oder darüber hinaus zE im Leihverfahren zwischen Betrieben austauschbar sind.

Ein weiterer Vorteil ist, das der Beabeitungsmodul mit nur wenigen Änderungen und Ergänzungen auch als Waagerechtausführung seiner Werkzeug- sowie Werkstückseite ausgeführt werden kann. Damit werden weitere Werkstücksortimente und Bearbeitungsverfahren erschlossen.

Alle Vorteile des in der Folge beschriebenen Bearbeitungsmoduls am Beispiel bohren und fräsen u.ä. sind auch bei Rotationsteilen erreichbar(drehen, schleifen u.ä in einem oder getrennten Bearbeitungsmodulen) Die Arbeitsspindeln werden dabei gegen entspr. Supporte, sowie die Werkstückrundtische gegen Futter mit Antrieb ausgetauscht. Auch nichspanende Verfahren sind prinzipiell einbeziehbar so das der Begriff Komlettbearbeitung auf einem wesentlich höherem Niveau als bekannt verwirklicht werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Veränderung der Steuerungshirarchie.

In den Bearbeitungsmodul werden z.B. die einzelnen Werkstückbearbeitungsprogramme eingegeben entsprechend dem aktuell anstehenden Sortiment.

Die Maschinensteuerung übernimmt von der Zusammenfassung und Reihenfolgebestimmung der Werkzeugwechselvorlaufbereitstellung bis zur, nach vorgegebenen Wirtschaftlichkeitskriterien möglichen Verschachtelung der Bearbeitungsabläufe unter Anwendung dies bezüglicher Kollisions- und Simulations- Programme jegliche Steuerung einschließlich aller Änderungen die in der operativen Phase entstehen. Zum Beispiel kann Arbeitsspindel 1 rahmenfräsen, Nr 2 sofort nach freiwerden des Raumes mit dem Kernlochbohren beginnen und danach desgleichen Nr 3 mit gewindeschneiden usw. (sofern noch überschaubar kann auch der Bediener bestimmte Bearbeitungsstrategieen vorgeben und Verschachtelungen vornehmen).

Die technologische Vorbereitung der Produktion ändert sich in sofern, daß sie die Wirtschaftlichkeitskriterien Bearbeitungsmodul- bzw. bausteinbezogen ermittelt und vorgibt, desgleichen die auf das Ausreizen des Moduls orientierte Vorgeben der Bearbeitungswerte als eine Art Maschinennormativ.

Damit beschränkt sich das Werkstückprogramm auf Geometrie und Arbeitsfolge.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: die Werkzeugseite eines Bearbeitungsmodules

- in einer Seitenansicht den Ständer mit 4 Arbeitsspindeleinheiten
- in einer Vorderansicht das gleiche zuzüglich einen Werkzeugwechsler und einen Werkzeugspeicher
- in einer Draufsicht eine Arbeitsspindeleinheit

Fig.

2: die Werkstückseite eines Bearbeitungsmodules

- in einer Perspektivansicht ein Werkstückträgergestell, zwei Wechselgabelgestelle, einmal als Hubgestell mit zwei Gabeln und als Taktgestell mit fünf Gabeln ausgeführt.

Figur3: einige Beispiele für flexible Arbeitsräume in der y-Ebene bei Senkrechtausführung, die sinngemäß Auch für die x-Ebene einer Waagerechtausführung eines Bearbeitungsmoduls gelten.

Die Werkzeugseite eines Bearbeitungsmoduls lt. Figurl besteht aus einem Ständer 1 der 4 Arbeitsspindel einheiten 2 in y-Richtung auf einer durchgehenden Bahn geführt. Die y-Bewegung erfolgt über angetriebene Muttern 4 pro Arbeitsspindeleinheit auf einer feststehenden gemeinsamen Spindel 3. Die x- und z-Bewegung der Arbeitsspindeleinheiten erfolgt mit bekannten Mitteln. Der Werkzeugwechsel könnte pro Arbeits spindeleinheit von Hand aber auch automatisch und zwar alle Spindeleinheiten des Bearbeitungsmoduls durch einen Werkzeugwechsler 5 erfolgen. Nach Bedarf kann ein Werkzeugspeicher 6 mit z.B. 1-4 Speicherketten als Baustein des Moduls zum Einsatz kommen.

Die Werkstiickseite eines Bearbeitungsmoduls lt. Fig. 2 besteht aus den Bausteinen Werkstückträgergestell 7 zB als Säulengestell mit Werkstückträgern 8 zE für prismatische Werkstücke mit einem Rundtisch 9 ausge rüstet auf dem die Werkstücke gespannt auf Werkstückwechselpaletten 10 aufgesetzt, zentriert und gespannt werden. Die Werkstückträger 8 können am Werkstückträgergestell 7 entspr. dem zu bearbeitenden Sortiment in verschiedenen Höhenpositionen verschoben und arretiert werden. Einige dieser Positionen sind im Zusammenhang mit den Arbeitsbereichen der Arbeitsspindeleinheiten 2 in Fig. 3 dargestellt. Der Wechsel der Werkstücke kann auf den Werkstückträgern 8 einschließlich Werkstückpalette 10 direkt von Hand erfolgen aber auch automatisch mittels Wechselgabelgestell 11 mit zwei Wechselgabeln 12 und 13. Eine Gabel entnimmt das fertige Werkstück mit Werkstückpalette 10 von dem betreffenden Werkstückträger 8, die andere Gabel übergibt das neue, im Wechselgabelgestell 11 in Bedienhöhe auf die Werkstückwechselpalette 10 aufgespannte Werkstück.

Soll bei großen Stückzahlen eine Taktbearbeitung erfolgen, ist ein weiteres Wechselgabelgestell 14 mit z.B. 5 Gabeln bei 4 Werkstückträgern 8 erforderlich und zusätzlich eine Wechselposition 15 und eine Übergabe position 16 im Werkstückträgergestell 7. Im Taktablaufübergibt Wechselgabelgestell 11 an die Wechsel position 15. Beim Takten übernimmt das Wechselgabelgestell 14 alle z.B. 5 Werkstücken und übergibt auf die nächsten Werkstückträger 8 und das fertige Werkstück auf die Übergabeposition 16 von der es das Wechselgabelgestell 11 übernimmt.

Der Einzel-Werkstückwechsel kann, bei Vorhandensein des Wechselgabelgestells 14 beschleunigt werden wenn Wechselgabelgestell 11 auf Wechselposition 15 übergibt und Wechselgabelgestell 14 übernimmt und in der Position des betreffenden Werkstückträgers bereithält und bei Aufruf des Wechsels sofort übergibt.

Dazu wird nur eine Gabel benötigt, die anderen sind in Höhe der Übergabeposition 16 stillgesetzt. Das wird erreicht durch das arretieren der Gewindemutter 17 zur Spindel 18 und das Lösen der Arretierung zur Wechselgabel. Auf diese Art und Weise wird auch die Verstellung der Wechselgabeln in die jeweilige Position der Werkstückträger 8 gelöst.

Claims

1. Flexibler Bearbeitungsmodul zur Bearbeitung von Werkstücken mittels bekannter Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß als Baueinheiten eine Werkzeugseite wie Figurl und eine Werkstückseite wie Fig. 2 sowie ihre Automatisierungsbausteine völlig getrennt voneinander funktionieren und damit ihre Zu sammenstellung zu einem oder mehrerer Bearbeitungsmodule, zu einer Bearbeitungslinie, zu einer Werkstatt und darüber hinaus frei wählbar und je nach Auftragslage, Sortiment, technischen und automatisierungsseitigen Bedingungen veränderbar ist

2. Flexibler Bearbeitungsmodul nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Senkrechtausführung in der y-Achse und die Waagerechtausführung in der x-Achse durch Anbringung mehrerer unabhängiger Arbeitsspindeln (2) und Werkstückträger(8) die gleichzeitige Bearbeitung von gleichen oder unterschied lichen Werkstücken voneinander unabhängig oder im miteinander verschachtelten Ablauf mehrspindlig oder im Takt ermöglicht.

3. Flexibler Bearbeitungsmodul nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß ein getrennt angeordneter Werkzeugwechsler (5) alle Spindeleinheiten (2) mit Werkzeugen versorgt.

4. Flexibler Bearbeitungsmodul nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß auf den Werkstückträgern (8) in dem Werkstückträgergestell (7) durch die Werkstückwechselgabelgestelle (11) und (14) unabhängig voneinander oder gleichzeitig getaktet die Werkstücke gewechselt werden können.

5. Flexibler Bearbeitungsmodul nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß derselbe als Senkrecht- oder Waagerechtausführung mit wenig Aufwand umgerüstet werden kann.