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Die
Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum mit wenigstens einem
an einer Transportvorrichtung gelagerten Werkstückträger mit wenigstens einer Schwenkachse
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Antriebsvorrichtung
für eine
Schwenkachse eines Werkstückträgers gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 15.
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Eine
derartiges Bearbeitungszentrum ist aus der
DE 32 36 356 A1 bekannt.
Bei diesem ist der Werkstückträger als
drehbarer Werkstück-Rundtisch ausgebildet,
der seinerseits in einer Ausführungsform
gemäß
4 bis
7 durch
Antriebe in zwei Achsen schwenkbar gelagert ist. Der Werkstück-Rundtisch
ist dort nur zur Aufnahme eines einzigen Werkstücks geeignet.
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Bei
einem Bearbeitungszentrum mit mehreren Bearbeitungsstationen, die
nacheinander von verschiedenen Werkstückträgern angefahren werden, besteht
das Problem der Kabelführung
zu den üblicherweise
als Elektromotoren ausgebildeten Schwenkantrieben, wenn diese mit
dem Werkstückträger und
somit der Transportvorrichtung verbunden sind. Wenn die Transportvorrichtung
als Drehtisch ausgebildet ist, kann dieser bislang maximal etwa
um 270° in
eine Richtung gedreht werden, da sonst eine zu starke Verdrehung
und Verwicklung der Kabel auftritt. Daher muß der Drehtisch stets nach
dieser maximalen Teildrehung in die Ausgangslage, zumeist an der
Be-und Entladestation, zurückgedreht
werden, wodurch zusätzliche
Nebenzeiten entstehen und ein getakteter kontinuierlicher Betrieb
mit einer ständigen
Weiterdrehung in eine Richtung unmöglich ist. Alternativ zu einer
unmittelbaren Zuführung
der Energie und der Schaltsbefehle über Kabel müssten bei einer alternativen
Ausführungsform
alle Versorgungs- bzw. Signalleitungen über Schleifringe kontaktiert
werden, was sich als störanfällig erweist
und bei mehreren Antrieben fast nicht machbar ist.
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Es
sind bereits Bearbeitungszentren bekannt, bei denen die Werkstückträger mit
Schwenkvorrichtungen versehen sind, die mittels stationär unter
einem horizontalen Drehtisch angeordneten Antrieben bewegbar sind.
Diese Antriebe sind beispielsweise unterhalb eines Drehtischs angeordnet
und Koppeln bei einem Halt an einer Bearbeitungsstation beispielsweise
mit einer Hirth-Kupplung an einer schneckenförmigen Antriebsspindel an,
die in einer vertikale Bohrung im Drehtisch und einer deckungsgleichen
Bohrung in dem darüber
angeordneten Werkstückträger drehbar
gelagert ist. Die Antriebsspindel steht mit einem zur Schwenkvorrichtung
gehörenden
Schneckenrad im Eingriff, um dem Werkstückträger die gewünschte Verdrehung um eine horizontale
Schwenkachse aufzuzwingen. Vor dem Weiterbewegen des als Transportvorrichtung
dienenden Drehtischs zur nächsten
Bearbeitungsstation wird die Antriebsspindel dann wieder vom Antrieb entkoppelt.
Für manche
Bearbeitungsaufgaben in derselben Aufspannung ist auch bei einer
getakteten kontinuierlichen Weiterbewegung der Transportvorrichtung
eine zweite Drehachse des Werkstückträgers wünschenswert,
die bislang nicht realisiert werden konnte.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Bearbeitungszentrum zu schaffen, bei dem
der wenigstens eine Werkstückträger auch
bei einem kontinuierlichen Betrieb über mehrere Bearbeitungsstationen hinweg
mittels einer zweiten Schwenkachse betätigbar ist. Außerdem soll
eine Antriebsvorrichtung für eine
Schwenkachse eines Werkstückträgers geschaffen
werden, mittels der das Spiel in einer Kupplung auf der Abtriebsseite
minimiert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Bearbeitungszentrum mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 und durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
15 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen
Unteransprüchen
angegeben.
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Der
Kern der Erfindung liegt darin, einen Antrieb zum Betätigen der
zweiten Schwenkachse des Werkstückträgers in
einer einer Bearbeitungsstation zugeordneten stationären Warteposition
vorrätig
zu halten, der mit dem Werkstückträger gekoppelt
wird, wenn sich die Transportvorrichtung vor dem betreffenden zugeordneten
Bearbeitungszentrum befindet. Der Antrieb wird dann drehfest mit
dem Werkstückträger gekoppelt
und kann anschließend
die zweite Schwenkachse in die gewünschte Stellung verdrehen.
Die für
den Antrieb und die Koppelvorrichtung benötigten elektrischen, hydraulischen
oder pneumatischen Leitungen benötigen
lediglich so viel Spiel, daß sie
die Schwenkbewegungen des Werkstückträgers mitmachen.
Nach Beendigung der von dem jeweiligen Bearbeitungszentrum auszuführenden
Bearbeitungsschritte dreht sich der Antrieb in die definierte Koppelposition
zurück,
wird vom Werkstückträger entkoppelt
und in der definierten Warteposition abgelegt. Nach Weiterbewegen
der Transportvorrichtung koppelt der Antrieb mit dem nächst folgenden Werkstückträger. Durch
die Entkopplung des Antriebs vom Werkstückträger können die vom Antrieb benötigten Leitungen
relativ kurz und in einer quasi stationären Position gehalten werden,
so daß diese nahezu
keinem Verschleiß unterliegen.
Die für
die Schwenkbewegungen des Werkstückträgers zusätzlich benötigte Länge der
Leitungen kann beispielsweise in einer für die Durchführung der
Leitungen dienenden hohlzylindrischen vertikalen Bohrung in der
Drehachse des Drehtischs untergebracht werden. Die Transportvorrichtung
ist dadurch bei ihrer Bewegung zwischen den Bearbeitungsstationen
unabhängig
von jeglichen Versorgungsleitungen frei bewegbar, so daß eine nahezu
unbegrenzte Anzahl von Bearbeitungsstationen in einem Bearbeitungszentrum
angeordnet werden können.
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Vorteilhaft
ist der Antrieb für
die zweite Schwenkachse bezüglich
der zugeordneten Bearbeitungsstation auf der anderen Seite des Werkstückträgers angeordnet.
Bevorzugt erfolgt die Anordnung des Antriebs an einem feststehenden
Gestellteil der Transportvorrichtung. Bei Verwendung eines Drehtischs
als Transportvorrichtung wird dieses Gestellteil zweckmäßig von
einer oberen Deckscheibe gebildet, die über die Drehachse des Drehtischs
fest mit dem Bodenteil des Maschinengestells verbunden ist. Alternativ
dazu ist jedoch auch eine Anordnung des Antriebs in einer Warteposition
oberhalb des Werkstückträgers denkbar,
wobei der Antrieb der zweiten Schwenkachse ähnlich zum Antrieb der ersten Schwenkachse
durch eine Spindel mit einer Antriebsschnecke erfolgen könnte, an
die der Antrieb von oben her andockt.
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Für das Koppeln
des Antriebs an den Werkstückträger dient
bevorzugt eine Koppelvorrichtung, die wenigstens einen Spannkonus,
bevorzugt jedoch zwei Spannkonusse, zur Herstellung einer Kraft-
und formschlüssigen
Verbindung und eine Kupplung zur Übertragung der Antriebskraft
aufweist. Durch die Spannkonusse, die bevorzugt auch über eine
stirnseitige Anlagefläche
verfügt,
ist eine exakte Positionierung am und eine feste Verbindung mit
dem Werkstückträger gewährleistet.
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Zwischen
dem Antrieb und einer stirnseitig am anderen, der Bearbeitungsstation
zugewandten Ende der zweiten Schwenkachse angeordneten Werkstück-Aufspannplatte ist
bevorzugt ein besonders bevorzugt als spielfreies Cyclo-Getriebe ausgebildetes
Getriebe zur Untersetzung der Antriebsbewegung vorgesehen. Dessen
der höheren
Drehzahl entsprechende Eingangsseite ist dabei über die Kupplung mit dem Antrieb
verbunden, während
die Abtriebsseite mit der Werkstück-Aufspannplatte
verbunden ist. Bevorzugt werden Getriebe mit einer großen Untersetzung
von etwa 120:1 verwendet. Dadurch lassen sich an der Werkstück-Aufspannplatte auch
Bruchteile von Winkelgraden sehr genau einstellen und etwaige Toleranzen
im Bereich der Kupplung wirken sich dort nur entsprechend dem Untersetzungs-Verhältnis sehr
geringfügig
aus.
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Die
Schwenkachsen können
bevorzugt nach Erreichen der gewünschten
Bearbeitungsposition mittels einer Klemmvorrichtung arretiert werden.
Dadurch werden die Gegenkräfte
und Momente aus den Bearbeitungskräften der Werkzeuge nicht in
die jeweiligen Antriebe eingeleitet. Das Werkstück wird unabhängig von
einer etwaigen Selbsthemmung der Antriebe während der Bearbeitung sicher
in seiner Position gehalten. Die Klemmvorrichtungen sind bevorzugt
so ausgestaltet, dass sie über
Federkraft klemmen und hydraulisch entgegen der Federkraft gelöst werden.
Dadurch bleiben beim Weiterfahren der Transportvorrichtung die Positionen
der Schwenkachsen sicher erhalten, auch wenn es zu einem Druckabfall
in der Hydraulik kommt.
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Die
Klemmvorrichtungen werden jedoch nur dann betätigt, wenn das Werkstück während der
Bearbeitung in seiner Position statisch gehalten werden soll. Falls
die Bearbeitung eine Bewegung des Werkstücks erfordert, kann diese selbstverständlich über eine
Betätigung
der Antriebe in die betreffenden Schwenkachsen eingeleitet werden.
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Die
erfindungsgemäß Antriebsvorrichtung zeichnet
sich dadurch aus, dass eine Kupplung zwischen einem Antrieb und
einer Abtriebseinheit – welche
beispielsweise von einem mit einer Werkstück-Aufspannplatte verbundenen
Planetentisch gebildet wird – verwendet
werden kann, deren vorhandenes Spiel auf der Abtriebsseite dadurch
minimiert wird, dass ein Getriebe für eine Untersetzung der Antriebsdrehzahl
auf der Abtriebsseite der Kupplung zum Einsatz kommt. Vorteilhaft
bildet dieses Getriebe eine Baueinheit mit der Abtriebseinheit.
Besonders vorteilhaft wird hierfür
ein spielfreies Cyclo-Getriebe verwendet. Dadurch können als
Kupplung einfache Klauenkupplungen oder Oldham-Kupplungen verwendet
werden, deren Spiel ein einfacheres Einkuppeln erlaubt, ohne dass
dadurch auf der Abtriebsseite unzulässige Ungenauigkeiten entstehen.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrums
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht
eines Bearbeitungszentrums mit drei Bearbeitungsstationen und einem
dazwischen angeordneten Drehtisch mit vier Werkstückträgern;
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2 das Bearbeitungszentrum
gemäß 1 in der Draufsicht;
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3 einen Schnitt gemäß der Linie
B-B in 2;
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4 eine Detaildarstellung
einer Arbeitsstation und eines Werkstückträgers unter Weglassung der übrigen;
und
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5 eine Detaildarstellung
eines Planetentisches zum Betätigen
der zweiten Schwenkachse.
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In 1 ist ein Bearbeitungszentrum
mit einem Maschinengestell 1 dargestellt, bei welchem drei
Bearbeitungsstationen 2, 3 und 4 in Abständen von
jeweils 90 Grad um einen zentral am Maschinengestells 1 drehbar
gelagerten, als Transportvorrichtung dienenden Drehtisch 5 angeordnet
sind. Die vierte Seite zwischen den Bearbeitungsstationen 2 und 4 dient
als Be-und Entladestation 11, an der die den Bearbeitungsstationen 2, 3 und 4 zugeordneten, auf
dem Drehtisch 5 jeweils um 90 Grad voneinander beabstandet
angeordneten Werkstückträger 7, 8, 9 und 10 mit
Werkstücken
bestückt
bzw. entladen werden. Die nicht dargestellten Werkstücke werden
jeweils an einer Werkstück-Aufspannplatte 16 (siehe 4) mittels bekannter, nicht
dargestellter Spannvorrichtungen befestigt.
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Über dem
Zentrum des Drehtischs 5 ist eine feststehende Deckscheibe 6 angeordnet,
die über eine
vertikale, starre, als Rohr mit einem Hohlraum zur Durchführung von
Leitungen 30 ausgebildete Drehachse 12 des Drehtischs 5 mit
einer unteren Basisplatte des Maschinengestells 1 verbunden
ist. Auf dieser Deckscheibe 6 ist jeweils ein den Bearbeitungsstationen 2, 3, 4 und
der Be-und Entladestation 11 zugeordneter Antrieb 19 in
einer definierten Warteposition abgelegt. In 4 ist ein Werkstückträger 9 detaillierter
dargestellt. Er setzt sich aus zwei auf dem Drehtisch 5 befestigten
seitlichen Wangen 14 bzw. 17 und einer zwischen
den Wangen 14 bzw. 17 in einer ersten horizontalen
Schwenkachse A drehbar gelagerten Schaukel 13 zusammen.
Die Lagerung der Schaukel 13 erfolgt ebenfalls über benachbart
der Wangen 14 bzw. 17 innerhalb dieser angeordnete
seitliche Wangen 15, die mittels eines Jochs 32 miteinander verbunden
sind. In einer zentralen Bohrung dieses Jochs 32 ist ein
Planetentisch 23 fest montiert, der im Detail in 5 dargestellt ist. Die Eingangsseite
des Planetentischs 23 liegt auf der der Bearbeitungsstation 3 abgewandten
Seite und ein dort angeordnetes, der Untersetzung der Antriebsdrehzahl
des Antriebs 19 dienendes Cyclo-Getriebe 31 ist
mittels einer Koppelvorrichtung 20 mit dem Antrieb 19 verbindbar.
Die Koppelvorrichtung 20 umfaßt zwei am Werkstückträger 9 angeordnete
Spannkonusse 21 (siehe 3),
die von je einer Konusaufnahme 22 auf beiden Seiten des
Antriebs 19 aufgenommen und mit dieser bevorzugt hydraulisch
arretiert werden. Spannkonusse 21 und Konusaufnahmen 22 entsprechen
bekannten Werkzeug- Spannvorrichtungen (beispielsweise HSK 63 oder
HSK 80). Sie verfügen
bevorzugt über
eine Plananlage, so daß auch
in axialer Richtung beim Koppelvorgang eine exakt definierte Position
erreicht wird. Die Antriebsverbindung vom Antrieb 19 zum
Planetentisch 23 wird über
eine Kupplung 27 hergestellt, die beispielsweise in Form
einer Klauenkupplung (zum Beispiel einer Oldham-Kupplung) oder einer
Hirth-Verzahnung ausgebildet ist. Beim Koppeln können bevorzugt zunächst die
Spannkonusse 21 und die Konusaufnahmen 22 zusammengefügt und arretiert
werden, und die Antriebsverbindung kann anschließend durch eine Axialverschiebung
der Antriebswelle des Antriebs 19 erfolgen. Es kann jedoch
auch gleichzeitig das Andocken der Spannkonusse 21 und
das Herstellen der Antriebsverbindung erfolgen, wenn bei einer Klauen-,
Schlitz oder Nut-Kupplung die beiden zu kuppelnden Teile jeweils
in einer definierten Drehposition gelöst und auch wieder verbunden
werden.
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Der
Antrieb der von der Schaukel 13 gebildeten ersten Schwenkachse
A des Werkstückträgers 9 ist
in der Schnittdarstellung in 3 gezeigt.
Ein unterhalb des Drehtischs 5 fest angeordneter Antrieb 24 ist
bei einem Halt des Drehtischs 5 an einer Bearbeitungsstation über eine
im Aufbau der Kupplung 27 gleichende Kupplung mit einer
mit einer Antriebsschnecke versehenen Spindel 25 koppelbar,
die in einer vertikalen Bohrung 26 im Drehtisch 5 und
in der Wange 17 drehbar gelagert ist und in Antriebsverbindung
mit einem Schneckenrad steht, das mit der Schaukel 13 verbunden
ist. Die Bohrung 26 ist oben an der Wange 17 durch
eine Abdeckung 18 verschlossen. Durch Betätigen des
Antriebs 24 wird die Schaukel 13 am Werkstückträger 9 um
die erste Schwenkachse A geschwenkt. Ist die gewünschte Position erreicht, erfolgt
eine Arretierung mittels einer nicht dargestellten, vorzugsweise
durch eine Feder betätigte
und hydraulisch lösbare
Klemmvorrichtung, sofern die Bearbeitung eine statische Position
der ersten Schwenkachse A erfordert. Sofern die Bearbeitung eine
Bewegung der ersten Schwenkachse A erfordert, wird die Klemmvorrichtung
nicht betätigt und
der Antrieb 24 bewegt die Schaukel 13 entsprechend
den Erfordernissen des Bearbeitungsschrittes weiter.
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Die
zweite, senkrecht zur ersten Schwenkachse A am Werkstückträger 9 vorgesehene Schwenkachse
B wird von der Achse des Planetentisches 23 gebildet und
vom mit diesem gekoppelten Antrieb 19 angetrieben. Dadurch
kann das an der Werkstück-Aufspannplatte 16 gelagerte
Werkstück zusätzlich zu
den bekannten, an den Bearbeitungsstationen 2, 3 und 4 realisierten
linearen Verschiebungen des Werkzeugs in X-, Y- und Z-Richtung (siehe
räumliches
Koordinatensystem in 4)
um zwei zueinander senkrechte Schwenkachsen A und B geschwenkt werden,
wodurch sich alle gewünschten Bearbeitungspositionen
und auch eine überlagerte Bewegung
beider Schwenkachsen A und B während der
Bearbeitung einstellen lassen.
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Der
in 5 gezeigte Planetentisch 23 ist mittels
einer über
eine nicht dargestellten Feder betätigbaren und über einen
Hydraulikanschluß 29 lösbaren Klemmvorrichtung 28 in
der für
die jeweilige Bearbeitung gewünschten
Drehposition arretierbar. Als Untersetzungsgetriebe auf der dem
Antrieb 19 zugewandten Seite ist beispielsweise ein spielfreies Cyclo-Getriebe 31 der
Fa. Sumitumo vom Typ FC-A 75 G mit einem Untersetzungsverhältnis von
119:1 verwendbar. Dieses Getriebe 31 lässt auch ein kontinuierliches
oder in feinen Schritten erfolgendes Schwenken des Planetentischs 23 während der
Bearbeitung, beispielsweise einer numerisch gesteuerten Konturbearbeitung
zu. Ein zur Befestigung in der Bohrung des Jochs 32 dienender
Flansch 33 ist an der Außenseite des Planetentischs 23 angeordnet.
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An
Stelle der Verwendung eines Drehtischs 5, wie im gezeigten
Ausführungsbeispiel,
kann auch eine lineare oder eine in der Draufsicht ovale oder U-förmige Transportvorrichtung
verwendet werden. In allen Fällen
können - bei einem Drehtisch
durch eine entsprechende Vergrößerung des
Durchmessers - nahezu beliebig viele Bearbeitungsstationen in einem
kontinuierlichen getakteten Betrieb zusammengeschaltet betrieben
werden, so daß auch höchst komplexe
Bauteile in einer Aufspannung gefertigt werden können. Für den Fachmann ist klar, daß die im
Ausführungsbeispiel
gewählte
Zahl von drei Bearbeitungsstationen keinerlei Beschränkung der
Schutzansprüche
darstellt.
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Für eine exakte
Winkeleinstellung beim Schwenken des Schwenkachsen A und B kann
an Stelle der beschriebenen Kupplung 27 auch eine Hirth-Verzahnung
treten. Die Zähne
dieser Verzahnung weisen eine exakte Winkelteilung auf. Auch diese
Hirth-Verzahnung wird vorzugsweise federbelastet gekuppelt und durch
Hydraulikkraft entkuppelt.
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Alternativ
zur vorstehend beschriebenen Betätigung
der zweiten Schwenkachse B ist jedoch auch eine Anordnung des Antriebs 19 in
einer Warteposition oberhalb des Werkstückträgers 7, 8, 9, 10 denkbar,
wobei der Antrieb der zweiten Schwenkachse B dann ähnlich zum
Antrieb der ersten Schwenkachse A durch eine Spindel mit einer Antriebsschnecke
erfolgen könnte,
an die der Antrieb 19 von oben her andockt. Eine derartige
Antriebsschnecke wäre in
einer vertikalen Bohrung der Schaukel 13 bzw. des Jochs 32 drehbar
gelagert und stünde
mit einer Verzahnung des Planetentischs 23 im Eingriff.
Dieser Ausführungsform
ist jedoch weniger vorteilhaft, da der Antrieb 19 dann
von oben her auf der Schaukel 13 sitzen würde, was
zum einen aus optischen Gründen
nachteilig ist und zum anderen auch Beschränkungen für den Schwenkraum des Werkstückträgers und/oder
den Bewegungsraum des Werkzeugs mit sich bringt.
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Der
in 5 dargestellten Planetentisch 23 zeichnet
sich dadurch aus, dass ein Untersetzungsgetriebe auf der der Kupplung 27 zugewandten
Seite angeordnet und mit dem Planetentisch 23 als Abtriebseinheit
zu einer Baueinheit verbunden ist. Das in der Kupplung 27 auftretende
Spiel wird dadurch bei einem Untersetzungsverhältnis von beispielsweise 120:1
im gleichen Verhältnis
auf der Abtriebsseite minimiert. Dadurch können einfache Kupplungen 27 wie
Klauenkupplungen oder Oldham- Kupplungen zum Einsatz kommen, die
im Gegensatz zu einer Hirth- Kupplung einen geringfügigen Lagen-
oder Winkelversatz der zu kuppelnden Teile gut ausgleichen können und
keine unerwünschten
Axialkräfte erzeugen.
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- 1
- Maschinengestell
- 2
- (erste)
Bearbeitungsstation
- 3
- (zweite)
Bearbeitungsstation
- 4
- (dritte)
Bearbeitungsstation
- 5
- Drehtisch
-
- (Transportvorrichtung)
- 6
- Deckscheibe
- 7
- (erster)
Werkstückträger
- 8
- (zweiter)
Werkstückträger
- 9
- (dritter)
Werkstückträger
- 10
- (vierter)
Werkstückträger
- 11
- Be-
und Entladestation
- 12
- Drehachse
(von 5)
- 13
- Schaukel
- 14
- (erste)
Wange (von 7, 8, 9, 10)
- 15
- Wange
(von 13)
- 16
- Werkstück-Aufspannplatte
- 17
- (zweite)
Wange (von 7, 8, 9,
-
- 10)
- 18
- Abdeckung
- 19
- Antrieb
- 20
- Koppelvorrichtung
- 21
- Spannkonus
- 22
- Konusaufnahme
- 23
- Planetentisch
- 24
- Antrieb
- 25
- Spindel
- 26
- Bohrung
- 27
- Kupplung
- 28
- Klemmvorrichtung
- 29
- Hydraulikanschluß
- 30
- Leitungen
- 31
- (Cyclo-)
Getriebe
- 32
- Joch
(an 13)
- 33
- Flansch