DE2449078C3 - Greifer für einen industriellen Arbeitsautomaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Greifer für einen industriellen Arbeitsautomaten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der GB-PS 13 25 844 ist ein derartiger Greifer bekannt Solche Greifer sind in der Regel so ausgelegt, daß ein Werkstück, das von dem Fingerarm festgehalten wird, durch Bewegung des die Finger aufweisenden Arms über eine vorbestimmte Bewegungsbahn dicht an das Spannfutter herangebracht und dann im Spannfutter eingespannt wird, wenn dessen Backen verschoben werden. Bei der bekannten Anordnung sind hierzu die Finger spielfrei in einer Längsführung des Greiferkopfes geführt und mittels einer Zahnstange und Stirnrädern antreibbar. Wenn das Werkstück jedoch von den Fingern nicht einwandfrei festgehalten wird, kann der Fall eintreten, daß es sich gegenüber einer Bezugsfläche des Futters verkantet und gegenüber dem Futter in eine außermittige Lage gelangt Bei der bekannten Anordnung mit einer spielfreien Fingerführung besteht daher die Gefahr, daß dann, wenn das Werkstück ungeachtet dieser Verkantung oder exzentrischen Ausrichtung im Spannfutter eingespannt wird, die Finger des Arbeitsautomaten bzw. der gesamte die Finger tragende Arm einer zu hohen Kraft ausgesetzt werden, die zu nicht unbeträchtlichen Beschädigungen führen kann. Wenn das Werkstück zudem in diesem verkanteten oder exzentrischen Zustand in das Futter eingespannt und bearbeitet wird, können sich Bearbeitungsfehler ergeben.

Aue der DE-OS 23 10 990 ist eine Vorrichtung mit einer Einrichtung zur genauen Ausrichtung des Werkstücks bekannt, bei welcher der das Werkstück aufnehmende Greifermechanismus eine planverzahnte Scheibe aufweist, die mit einer ebenfalls planverzahnten, am Maschinenbett festgelegten Scheibe zusammenwirken soll. Beim Ineinandergreifen der Planverzahnungen ist hier zwar ein genaues Indexieren möglich. Es ist hierbei jedoch nicht auszuschließen, daß beim Einrasten der Zähne Relativverschicbungen entlang der Zahnflanken stattfinden, welche bei der bekannten Anordnung durch eine dementsprechende Beanspruchung der übrigen Teile ausgeglichen werden müssen. Außerdem erfordert die bekannte Anordnung einen nicht unbeträchtlichen baulichen Aufwand, und zwar sowohl im Bereich des Greifers als auch im Bereich der Bearbeitungsmaschine.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Greifer der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, der beim Spannen des Werkstücks einen Ausgleich von Lageungenauigkeiten gestattet, ohne daß eine unzulässig große Kraft auf den Hauptteil des Arbeitsautomaten ausgeübt wird, und der dennoch eine hohe Genauigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Aufgrund der zwei Freiheitsgrade für die Zylinderlagerung ergibt sich hierbei beim Spannen des Werkstücks in vorteilhafter Weise selbsttätig eine genaue Einstellung und Ausrichtung. Hierdurch ist es somit möglich, ein Werkstück verkantungsfrei in das Spannfutter etwa einer Werkzeugmaschine einzuspannen. Selbst wenn dabei das Werkstück anfänglich in einer exzentrischen Stellung zur Bezugsfläche des Spannfutters gehalten ist, kann es beim Schließen der Spannbacke automatisch und ohne Beanspruchung irgendwelcher Bauteile in die richtige zentrierte Position gebracht werden. Auf diese Weise kann auch eine ungenaue Bearbeitung eines fehlerhaft eingespannten Werkstücks vermieden werden. Da erfindungsgemäß außerdem durch den Arm ein Druck auf das Werkstück ausgeübt wird, bis die Spannbacken vollständig geschlossen sind, besteht keine Gefahr für ein Herausfallen des Werkstücks oder eine Verkantung desselben beim Schließen d-r Spannbacken. Die gleichen vorteilhaften Wirkungen lassen sich auch beim Ausspannen des Werkstücks aus dem Futter erzielen. Die Unterar.sprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines

Arbeitsautomaten mit einem erfindungsgemäßen Greifer,

Fig.2 einen Längsschnitt durch ein beim Greifer gemäß Fig. 1 verwendetes Ausgleichselement,

Fig.3A bis 3D schematische Teildarstellungen zur s Erläuterung der Arbeitsweise des Greifen mit dem Ausgleichselement gemäß F i g. 2,

F i g. 4 einen Teillängsschnitt zur Veranschaulichung des Zustands nach der Betätigung des Ausgleichselement gemäß F i g. 2 zum Fehlerausgleich, ι ο

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Greifers und

F i g. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des Greifers gemäß F i g. 5.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte, mit dem erfindungsgemäßen Greifer U versehene Arbeitsautomat 10 weist einen waagerechten Arm 13 auf, der auf einer lotrechten Säule 12 in einer waagerechten Ebene verdrehbar ist. Das eine Ende einer Schlitz- oder Gabelstange 15 ist am Außenende des Arms 13 befestigt, während der Mittelteil einer Tragschiene 16 in den Schlitz der Gabelstange 15 eingesetzt ist Erfindungsgemäß sind zwei flächige Halteteile 21 und 22 an den beiden Enden der Tragschiene mit Hilfe von Ausgleichselementen 23 bzw. 24 angelenkt Jedes Halteteil ist am einen Ende mit einem lotrechten Schlitz zur drehbaren Aufnahme der Tragschiene 16 versehen. Die anderen Enden der Halteteile 21 und 22 sin. 1 auf die gleiche Weise wie die noch näher zu beschreibenden Finger aufeinander zu gebogen, wobei den Ausgleichselementen 23 und 24 Ausgleichselemente 26 bzw. 27 an diesen abgebogenen Enden angebracht sind. Diese Ausgleichselemente dienen zur nachgiebigen Halterung der Finger 30 und 31 an den Halteteilen 21 und 22. An den gemäß F i g. 1 linken Enden der Ausgleichselemente 23, 26 bzw. 24, 27 sind somit Finger 30 und 31 angebracht, deren Außenenden gegeneinander abgebogen sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Halteteile 21 und 22 sowie die Finger 30 und 31 parallel zueinander angeordnet. Die inneren Enden der Finger

30 und 31 sind mit einem Antriebsglied 33 zum öffnen und Schließen der Finger in Abhängigkeit von an das Antriebsglied angelegten elektrischen Signalen verbunden.

Der Arbeitsautomat 10 ist somit so ausgebildet, daß sein Arm 13 in Abhängigkeit von den von einer nicht dargestellten Steuerschaltung gelieferten elektrischen Signalen in einer waagerechten Ebene verdrehbar ist und seine Finger 30 und 31 in Abhängigkeit von den an das Antriebsglied 33 angelegten Signalen betätigt werden. Die Ausgleichselemente 23, 24, 26 und 27 sind zwischen die Halteteile 21 und 22 und die Finger 30 und

31 eingefügt. Infolgedessen wird eine auf die Finger einwirkende, unzulässig große Kraft nicht auf den Arm 13 übertragen.

Im folgenden sind die Konstruktionseinzelheiten der Ausgleichselemente anhand von F i g. 2 näher erläutert. Die Ausgleichselemente 23 und 24 dienen zur verdreh- oder schwenkbaren Lagerung der Halteteile 21 und 22 an der Tragschiene 16 und zur Halterung der Finger, während die Ausgleichselemente 26 und 27 lediglich zur Halterung der Finger dienen. Da die Ausgleichselemente 23, 24, 26 und 27 jeweils gleich aufgebaut und nur geringfügig unterschiedlich mit der Tragschiene verbunden sind, veranschaulicht Fig. 2 ersichtlicherweise die 6j Konstruktion eines beliebigen dieser Ausgleichselemente.
Gemäß Fig.2 weist das Ausgleichselement ein hohlzylindrisches Gehäuse 41 auf, das an seinem Außenumfang mit einem Feingewinde zur Aufnahme einer Arretiermutter 42 versehen ist die zur Befestigung der Halteteile 21 oder 22 am Ausgleichselement dient Im Innenraum 43 des Gehäuses 41 ist ein konzentrisch zu ihm angeordneter Arbeitszylinder 45 vorgesehen, in dessen Zylinderkammer 46 ein Kolben 47 mit einer Kolbenstange 48 geführt ist Das rechte Ende des Arbeitszylinders 45 ist durch einen Zylinderkopf 49 mit einer Ausnehmung 50a zur Aufnahme einer Kugel 50 verschlossen, die von einem Kugelsitz 54 getragen wird, der seinerseits in einer Büchse 53 verschiebbar geführt ist Die Büchse 53 ist in eine Mutter 52 eingepaßt, welche in den am rechten Ende des Gehäuses 41 befestigten End- oder Kopfteil 51 eingeschraubt ist und welche durch eine Kontermutter 55 gesichert ist. Zwischen dem Kugelsitz 54 und dem Kopfteil 51 des Gehäuses 41 ist eine Feder 56 eingefügt, welche den Kugelsitz 54 normalerweise in Richtung auf den Arbeitszylinder 45 drängt. Infolge dieser Anordnung wird die auf den Kuge/sitz 54 ausgeübte Kraft über die Kugel 50 auf den Zylinderkopf 49 übertragen, so daß der Arbeitszylinder 45 gemäß F i g. 2 nach links gedrängt wird.

Am Umfang des Zylinderkopfes 49 ist ein nach unten ragender Stift 58 befestigt, welcher eine im Gehäuse 4t vorgesehene und in dessen Längsrichtung verlaufende als Langloch ausgebildete öffnung 59 durchsetzt. Die Aufgabe dieses Stifts 58 besteht in einer Verhinderung der Drehung des Arbeitszylinders 45 relativ zum Gehäuse 41 bei gleichzeitiger Ermöglichung einer Axialverschiebung des Zylinders 45. Die öffnung 59 ist durch eine am Stift 58 befestigte Abdeckung 60 verschlossen.

Das linke Ende des Arbeitszylinders 45 verjüngt sich bei 61 unter Bildung eines konischen Glieds, das mit einem komplementären Sitzblock 62 am linken Ende des Gehäuses 41 zusammenwirkt. Der Sitzblock 62 ist mit konischen Bohrungen 63 und 64 versehen, welche in entgegengesetzte Richtungen divergieren. Mit dem Glied 61 des Arbeitszylinders 45 ist ein Anschiußstutzen 65 zum Zuleiten und Ablassen von Druckmittel in die und aus der Zylinderkammer 46 verbunden. Ein ähnlicher Stutzen 66 ist mit dem Zylinderkopf 49 verbunden. Diese Stutzen 65 und 66 ragen durch im Gehäuse 41 ausgebildete Bohrungen 68 bzw. 69 nach außen, die durch elastische Abdeckungen 71 bzw. 72 verschlossen sind. Die Kolbenstange 48 durchsetzt eine im konischen Abschnitt 61 vorgesehene Axialbohrung 73 und läuft in einem Gewindezapfen 75 mit einem kleineren Durchmesser als dem der Kolbenstange 48 aus. Auf dem Gewindezapfen 75 ist eine mit einer Durchgangsbohrung versehene Kugel 77 aufgesetzt, und außerdem ist auf die Gewindestange 75 eine Mutter 78 zur Verhinderung einer Auswärtsverichiebung der Kugel 77 aufgeschraubt. In die konische Bohrung 63 des Sitzblocks 62 ist ein konisch konvergierender Block 80 eingesetzt, der mit einer axial verlaufenden Durchgangsbohrung 81 zur Aufnahme eines die Kugel 77 begrenzenden Rings 82 versehen ist. Das Außenende des Gewindezapfens 75 der Kolbenstange 48 ist in eine Ausnehmung 86 in einer Kappe 85 eingesetzt, die mittels Schrauben 88 am konischen Block 80 befestigt ist. Die Kappe 85 ist ihrerseits in eine im Finger 30 oder 31 ausgebildete Ausnehmung eingesetzt, wobei eine an der Kappe vorgesehene Stange den Finger durchsetzt und an ihm mit Hilfe einer Mutter 90 befestigt ist. Ein zylindrischer Faltenbalg 92 ist mit seinem einen Ende mit der Kappe 85 und mit dem anderen Ende dicht am

Sitzblock 62 mit dem Gehäuse 41 verbunden. Der Kolben 47 ist mit einem O-Ring 95 zur Aufrechterhaltung einer luftdichten, verschieblichen Berührung zwischen dem Kolben 47 und der Innenwand des Zylinders versehen. Weiterhin ist zwischen dem Zylinderkopf 49 und der Innenwand des Arbeitszylinders 45 ein O-Ring 96 zur Abdichtung der Zylinderkammer 46 vorgesehen, während ein O-Ring 97 zwischen der Kolbenstange 48 und der Innenfläche des konischen Glieds 61 vorgesehen ist, um die Zylinderkammer 46 _]0 nach außen hin abzudichten. Der O-Ring 97 ist durch eine Büchse 98 festgelegt, die von einer äußeren Büchse 99 in der im konischen Abschnitt 61 des Arbeitszylinders 45 vorgesehenen Bohrung 73 unterstützt wird.

Im folgenden ist die Arbeitsweise des Ausgleichsele- ■< ments gemäß Fig.2 anhand der Fig.3A bis 3D und Fig.4 beschrieben. In den Fig.3A bis 3D sind die Halteteile 21 und 22 sowie das Antriebsglied 33 nicht dargestellt, da sich die folgende Beschreibung nicht auf diese Teile bezieht.

Gemäß Fig.3A ist ein Werkstück 100 durch Betätigung des Antriebsglieds 33 in an sich bekannter Weise zwischen den Fingern 30 und 31 verspannt worden. Der Arm 13 wird dann in einer waagerechten Ebene verschwenkt, um das Werkstück beispielsweise dicht an das Spannfutter 110 einer Drehbank heranzuführen. Zu diesem Zeitpunkt wird unter der Steuerung durch ein von einer nicht dargestellten Steuervorrichtung des Arbeitsautomaten 10 abgegebenes Signal Druckmitlei zu den Anschlußstutzen der jeweiligen Ausgleichselemente 23, 24, 26 und 27 zugeführt, um die betreffenden Kolben 47 zusammen mit den Kolbenstangen 48 nach links zu verschieben. Die Linksverschiebung der Kolbenstangen 48 wird dabei über die betreffende Kugel 77 und den Ring 82 auf den konischen Block 80 und die Kappe 85 übertragen, wodurch der konische Block 80 gemäß F i g. 4 vom Sitzblock 62 getrennt wird. Infolgedessen wird der Faltenbalg 92 ausgedehnt. Wenn der konische Block 80 und die Kappe 85. welche den Finger halten, auf die beschriebene Weise vom Sitzblock 62 getrennt werden, verschiebt sich das konische Glied 61 unter dem Gewicht des Arbeitszylinders 45, der Finger 30 und 31 sowie des Werkstücks 100 längs der konischen Bohrung 64 nach unten, wobei sich der Arbeitszylinder 45 nach rechts ^₅ verschiebt. Dieser Verschiebung wird durch die Feder 56 entgegengewirkt, bis schließlich ein in Fig. 4 dargestellter Gleichgewichtszustand erreicht ist. Da das rechte Ende des Zylinders 45 bzw. der Zylinderkopf 49 über die Kugel 50 am Gehäuse 41 abgestützt wird, wird diese Abwärtsverschiebung des Arbeitszylinders 45 ermöglicht.

Wenn der Arm 13 weiter verschwenkt wird, kommt der von den Fingern 30 und 31 entfernte Teil des Werkstücks 100 unter einem Neigungswinkel λ mit einer Bezugsfläche 111 des Futters 110 in Berührung. Da die Finger 30,31, wie erwähnt, an den Halteteilen 21 und 22 befestigt und somit mit dem Arm 13 über die Ausgleichselemente 23, 24, 26 und 27 verbunden sind, die sich verdrehen und in Axialrichtung verschieben können, wird die von den Fingern abgewandte Stirnfläche des Werkstücks 100 in flächige Anlage an die Bezugsfläche 111 des Futters 110 gebracht

Unter diesen Bedingungen ist allerdings die Mittellinie des Werkstücks 100 um einen Betrag ε gegenüber der Mittellinie des Futters 110 versetzt Da die Finger 30 und 31 jedoch eine gewisse Bewegungsfreiheit besitzen, wird das Werkstück 100 beim Schließen der Spannbakken 112 in der richtigen Position im Futter eingespann wodurch die Exzentrizität ε beseitigt wird. Diese Zustand ist in Fig.3D dargestellt. Anschließend win das Werkstück in der Drehbank maschinell bearbeitet.

Während vorstehend der Vorgang des Einspannen des Werkstücks im Futter beschrieben ist, kann es durcl Umkehrung der Arbeitsgänge auch aus dem Futte ausgespannt werden. In diesem Fall sind die Ausgleichs elemente 23,24,26 und 27 ebenfalls wirksam. Wenn di Finger 30, 31 hierbei das Werkstück erfassen, wird übe den Stutzen 65 Druckmittel in den Arbeitszylinder 4 eingeführt, um den Kolben 47 zusammen mit de Kolbenstange 48 und den damit verbundenen Bauteile nach rechts zu verschieben, so daß diese Teile in di Stellung gemäß F i g. 2 zurückgeführt werden.

Der vorstehend beschriebene Greifer für eine Arbeitsautomaten vermag somit ein Werkstück verkan tungsfrei in das Spannfutter beispielsweise einei Drehbank einzuspannen. Selbst wenn dabei da: Werkstück anfänglich in einer exzentrischen Stellun zur Bezugsfläche des Spannfutters angeordnet wird wird es beim Schließen der Spannbacken automatisch ii die richtige zentrierte Position gebracht. Auf dies< Weise kann eine fehlerhafte Einspannung des Werk Stücks vermieden werden. Da außerdem durch den Arm] ein Druck auf das Werkstück ausgeübt wird, bis di Spannbacken vollständig geschlossen sind, besteh keine Gefahr für ein Herausfallen des Werkstücks ode eine Verkantung desselben beim Schließen der Spann backen.

Selbst wenn das Werkstück in verkanteter ode exzentrischer Stellung im Futter eingespannt wird| besteht, da die Finger eine gewisse Bewegungsfreihei gegenüber dem Arm besitzen, keine Gefahr dafür, da eine unzulässige Beanspruchung auf den Arbeitsauto malen einwirkt, so daß dessen Beschädigung vermiede wird. Die gleichen vorteilhaften Wirkungen lassen sie beim Ausspannen des Werkstücks aus dem Futte erzielen.

Fig.5 veranschaulicht eine abgewandelte Ausfüh rungsform der Erfindung mit drei Fingern 30, 31 un 120. Da es hierbei nicht möglich ist, diese Finge unmittelbar an einem feststehenden Halteteil zi montieren, ist zwischen die Finger und das Halteteil ein Hilfsschiene 121 eingefügt, welche an der einei Seitenwand 131 eines Antriebsglieds 130 mit Hilfe vo Schrauben od. dgl. befestigt ist. Wie bei der vorherbe schriebenen Ausführangsform halten dabei das An triebsglied 130 jeweils das eine Ende der Finger 30, 3 und 120 zur Steuerung ihrer Betätigung. Die Hilfsschie ne 121 erstreckt sich hierbei in die gleiche Richtung v/i die Finger und parallel zu ihnen. Die Hilfsschiene 121 is so geformt, daß sie die Betätigung der Finger 30,31 unc 120 bei Erfassen des Werkstücks 140 nicht behinder Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Hilfs schiene 121 C-förmig ausgebildet Die bei de Ausführungsform gemäß F i g. 1 zwischen die Halteteil 21 und 22 sowie die Finger 30 und 31 eingefügte: Ausgleichselemente 23, 24, 26 und 27 sind bei del abgewandelten Ausführungsform zwischen die Hilfs schiene 121 und ein Halteteil 141 eingeschaltet Hierbej besteht das Halteteil 141 aus einer C-förmigen Platte.

Bei dieser Ausführungsform wird das Werkstück 1 durch drei Finger 30,31 und 120 erfaßt, wodurch seim Stabilität verbessert wird Die Längen dieser Finger un ihre gegenseitigen Abstände werden entsprechend de Form des Werkstücks bestimmt Dies kann durc Einstellung der Finger 30, 31 und 120 in die durch di

Pfeile a, b und c gemäß F i g. 6 bezeichneten Richtungen mit Hilfe des Antriebsglieds 130 geschehen.

Da die Finger 30,31 und 120 bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 in lotrechter und waagerechter Richtung relativ zur Mittelachse des Arms verschwenkbar sind, kann die Bewegungsfreiheit dieser Finger verbessert werden.

Eine f- i g. 5 entsprechende Ausführungsform läßt sich auch dann anwenden, wenn die Zahl der Finger über

drei hinaus vergrößert wird. In diesem Fall sind Ausgreichselemente zwischen einem einen zusätzlichen finger tragenden Glied und einem mit dem Arm 13 verbundenen Glied angeordnet.

Anstatt den Mittelteil des Gehäuses 41 des Ausgleichselemcnts mit dem Halteteil z. B. 21 zu verbinden, kann das Gehäuse 41 auch an einem seiner tnden gehalten sein.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   t. Greifer für einen industriellen Arbeitsautomaten mit mehreren Fingern zum Zu- und Abführen eines Werkstücks zu und von einem Spannfutter einer Werkzeugmaschine und mit Halteteilen zur Verbindung der Finger mit einem Greiferarm, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (30, 31, 120) mit den Halteteilen (21, 22, 141) über Ausgleichselemente (23, 24, 26, 27) verbunden sind, die jeweils ein an den Halteteilen (21, 22, 141) festlegbares Gehäuse (41) aufweisen, in dem ein Arbeitszylinder (45) in Längsrichtung verschiebbar und kippbar gehalten ist, in welchem ein Kolben (47) zum Antrieb einer auskragenden Kolbenstange (48) verschiebbar gelagert ist, an der die Finger (30, 31, 120) direkt oder über eine mit den Fingern verbindhare Hilfsschiene (121) befestigt sind.
2. 2. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Blindende des Arbeitszylinders (45) ein erstes, entgegen der Kraft einer Feder (56) längsverschiebbares Abstützglied für den Arbeitszylinder (45) mit einem vom Kopfteil des Gehäuses (41) nach innen ragenden Kugelsitz (54) und einem das Blindende des Arbeitszylinders (45) verschließenden Zylinderkopf (49) mit einer Ausnehmung (5OaJl in der eine Kugel (50) durch den Kugelsitz (54) gehalten ist, und am Kolbenstangenende ein zweites Abstützglied für den Arbeitszylinder (45) vorgesehen ist, welches einen Sitzblock (62) mit zwei in entgegengesetzten Richtungen divergierenden konischen Bohrungen (63, 64) aufweist, wobei der Arbeitszylinder (45) am Kolbenstangenende mit einem konischen Glied (61) versehen ist, das mit der eine.i der konischen Bohrungen (64) zusammenwirkt, während mit der anderen konischen Bohrung (63) des Sitzblocks (62) ein am Außenende der Kolbenstange (48) befestigter und den zugehörigen Finger (30,31) lagernder konischer Block (80) zusammenwirkt, der über eine Kugel (77) mit der Kolbenstange (48) verbunden ist, und daß der Arbeitszylinder (45) im Bereich seines Blindendes mit einem Stift (58) versehen ist, der eine in der Wand des zylindrischen Gehäuses (41) vorgesehene öffnung (59) durchsetzt.
3. 3. Greifer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Ausgleichselemente (23, 24,26,27) vorgesehen sind, von denen je zwei einen Finger mit dem zugehörigen Halteteil (21, 22, 141) verbinden. 5"