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Zuteileinrichtung zur Ver- und Entsorgung von Werkzeugmaschinen mit
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Werkstücken Die Erfindung bezieht sich auf eine Zuteileinrichtung
zur Ver- und Entsorgung von Werkzeugmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art.
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In modernen Fertigungsanlagen, in denen Werkstücke verschiedener Typen
nacheinander zur Bearbeitung verschiedenen Werkzeugmaschinen, z. B. numerisch gesteuerten
Dreh-, Fräs- oder Schleifmaschinen etc. zugeführt werden, ist man zunehmend bestrebt,
zur besseren Kapazitätsauslastung und schnelleren Reaktion bei technischen Änderungen
und Programmverschiebungen flexible Fertigungssysteme aufzubauen, bei denen die
einzelnen Werkzeugmaschinen durch ein gemeinsames Informations- und Materialflußsystem
so miteinander verkettet sind, daß unterschiedliche Werkstücke in kleinen oder auch
großen Serien gleichzeitig oder in zeitlicher Folge nacheinander möglichst zügig
und ohne unnötigen Aufenthalt und unnötige Umwege bearbeitet werden können.
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Unter anderem ist es bekannt (z. B. VDI-Nachrichten, Nr. 42, Seite
20), die einzelnen Werkzeugmaschinen untereinander mit einem numerisch gesteuerten
Portalkran zu verbinden, der die Werkstücke in einem Transportbehälter - in mehreren
Etagen übereinanderliegend - flurfrei zur Bearbeitung zu den Werkzeugmaschinen befördert
und die bearbeiteten Werkstücke von dort wieder abholt. Dabei wird ein übergeordneter
Prozeßrechner u. a zur NC-Datenverteilung, Betriebsdatenerfassung, Transportsteuerung,
Werkzeug überwachung sowie zur Reihenfolgeplanung etc. eingesetzt.
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Bei diesen flexiblen Fertigungs- oder Verkettungssystemen liegt somit
keine typenreine Fließfertigung mehr vor, sondern eine fließende Stoßfertigung.
Die einzelnen Fertigungszellen bestehen dabei im allgemeinen aus einer Werkzeugmaschine
und einem Handhabungsautomaten, der die Werkstücke aus dem mittels einer Positioniereinrichtung
in die richtige Ent- und Beladeposition gebrachten Werkstückträger (Palette) entnimmt
und der Werkzeugmaschine zuführt und umgekehrt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zuteileinrichtung
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so auszubilden, daß es als
vollautomatisches Verbindungsglied zwischen Werkzeugmaschine und übergeordnetem
Transportsystem wirkend eine weitere Flexibilisierung eines solchen flexiblen Fertigungs-
und Verkettungssystems möglich macht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen in schematisierter Darstellung Fig. 1 einen
Ausschnitt des flexiblen Verkettungssystems einer Fertigungsanlage mit einer Zuteileinrichtung
gemäß der Erfindung und Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung dieser Zuteileinrichtung.
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In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer größeren Fertigungsanlage für
eine Großserienfertigung von z. B. Getriebewellen 0. ä. dargestellt, bei der eine
Vielzahl verschiedener Werkzeugmaschinen, die nach dem Verrichtungsprinzip räumlich
jeweils in autarken Bearbeitungsfeldern angeordnet sind, fertigungstechnisch miteinander
verkettet sind. Dabei kann es sich um ein sogenanntes flexibles Fertigungs-oder
Verkettungssystem handeln, bei dem die einzelnen Werkzeugmaschinen durch ein gemeinsames
rechnergestütztes Informations- und Materialflußsystem so miteinander verkettet
sind, daß unterschiedliche Werkstücke (z. B. Getriebewellen verschiedener
Typen)
in kleineren oder auch größeren Serien gleichzeitig oder in zeitlicher Folge nacheinander
gefertigt werden können. Ein solches flexibles Verkettungssystem führt zur besseren
Kapazitätsauslastung und ermöglicht schnellere Reaktionen bei technischen Änderungen
und notwendigen Fertigungsprogrammver schiebungen.
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In den verschiedenen autarken Bearbeitungsfeldern sind die einzelnen
Werkzeugmaschinen 1 untereinander durch ein numerisch gesteuertes flurfreies Transportsystem,
z. B. eine prozeßrechnergesteuerte Krananlage 4 verbunden, die jedes vorher - z.
B. über absolute Wegmessung im Teach-In mit X-, Y- und Z-Koordinaten -eingegebene
Ziel innerhalb des autarken Bearbeitungsfeldes in kürzester Zeit anfahren und bedienen
kann.
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Die materialmäßige Verbindung der einzelnen autarken Bearbeitungsfelder
erfolgt durch Übergabebänder 10, durch welche von der Krananlage 4 darauf abgestellte
containerartige Transportbehälter 2, in denen die z. B. wellenförmigen Werkstücke
auf übereinander angeordneten Paletten ruhend befördert werden, von einem Bearbeitungsfeld
ins andere Bearbeitungsfeld überführt werden. Diese Ubergabebänder 10 dienen gleichzeitig
als Materialpuffer und können darüber hinaus Taktzeitdifferenzen zwischen den verschiedenen
Bearbeitungsfeldern ausgleichen.
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Zwischen den einzelnen Werkzeugmaschinen 1 und dem übergeordneten
Transportsystem, der Krananlage 4, ist als vollautomatisches Verbindungsglied jeweils
eine Zuteileinrichtung 5 angeordnet, mit der als Werkstückträger dienende Paletten,
die im Transportbehälter 2 - jeweils mehrere Paletten übereinander angeordnet -angeliefert
werden, im Fertigungstakt aus dem containerartigen Transportbehälter in eine Ent-
und Beladeposition über führt werden,mder die Werkstücke mittels eines Laders oder
Handhabungsautnaten 7 aus der Palette entnommen und der Werkzeugmaschine 1 zugeführt
werden bzw. bearbeitete Werkstücke aus der Werkzeugmaschine entnommen und auf der
Palette abgelegt werden.
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Wie insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, weist die Zuteileinrichtung
5 ein Gestell 51 auf, in dem unmittelbar nebeneinander ein von oben frei zugänglicher
erster vertikaler Schacht 52 und ein ebenfalls von oben frei zugänglicher zweiter
vertikaler Schacht 53 angeordnet sind. In den ersten vertikalen Schacht 52 werden
von der Krananlage Transportbehälter mit Werkstücken eingebracht, die von der zugeordneten
Werkzeugmaschine 1 bearbeitet werden sollen. Aus dem zweiten vertikalen Schacht
werden von der Krananlage 4 entsprechend Transportbehälter
mit von
dieser Werkzeugmaschine bearbeiteten Werkstücken entnommen.
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Die Zuteileinrichtung ist in zwei Ebenen aufgeteilt. Eine obere erste
Ebene 54 dient als Speicherebene, in der vorübergehend mindestens zwei Transportbehälter,
nämlich ein Transportbehälter 2' im ersten vertikalen Schacht 52 vor der Werkzeugmaschine
1 und ein Transportbehälter 2"' im zweiten Schacht 53 hinter der Werkzeugmaschine,
gelagert werden können. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, die Speicherebene
erforderlichenfalls so auszubilden, daß in jedem der beiden Schächte mehr als nur
ein containerartiger Transportbehälter gelagert werden kann.
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Durch diese Werkstückpufferung in der Zuteileinrichtung vor und nach
der Werkzeugmaschine kann die übergeordnete Krananlage 4 im Rahmen der Bearbeitungszeit
von mindestens einem containerartigen Transportbehälter unabhängig von der Werkzeugmaschine
arbeiten.
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Während ihres (Speicher)-Aufenthalts in der oberen ersten Ebene 54
werden die containerartigen Transportbehälter 2' bzw. 2"' durch nicht weiter dargestellte
Klinken o. ä. gehalten, die vorzugsweise pneumatisch betätigbar sind.
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Mittels einer vertikalen Fördereinrichtung 8, beispielsweise zweier
gegenüberliegender Transportschlitten, die durch Kugelbüchsen geführt sind, wird
der in den ersten Schacht 52 eingebrachte Transportbehälter zum erforderlichen Zeitpunkt
- nach Lösen der Klinken o. ä. - aus seiner Speicherposition in der oberen ersten
Ebene 54 in eine darunterliegende untere zweite Ebene 55, die Bearbeitungsebene,
abgesenkt, wo er mittels der vertikalen Fördereinrichtung 8 derart positioniert
wird, daß die in ihm übereinander gelagerten Paletten nacheinander jeweils in eine
Höhenlage gelangen, in der sie mittels einer nicht weiter dargestellten Palettenmitnahmevorrichtung
aus dem Transportbehälter 2 Ir horizontal in eine außerhalb des Schachts bzw. des
Gestells liegende Ent- und Beladeposition, z. B. auf einen Ent- und Beladetisch
6, überführt werden können, wo sie von einem der Werkzeugmaschine 1 sowie der Zuteileinrichtung
5 zugeordneten Handhabungsautomaten 7 zwecks Ver- und Entsorgung der Werkzeugmaschine
ent- bzw. wieder beladen werden.
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In der unteren zweiten Ebene 55 wird der Transportbehälter 2" sofort
nach erfolgter exakter Höhenpositionierung für die Zeit der Überführung der Palette
aus dem Transportbehälter in die Ent- und Beladeposition und umgekehrt mit
dem
Gestell 51 oder einem damit starr verbundenen Einrichtungsteil, z. B. dem Ent- und
Beladetisch 6, verriegelt, so daß eine unverzügliche Palettenentnahme möglich ist
und der Palettenwechsel innerhalb des Maschinentaktes erfolgen kann.
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Wenn nacheinander sämtliche Paletten des in die untere zweite Ebene
abgesenkten Transportbehälters 2" ent- und wieder beladen sind, wird der Transportbehälter
aus dem ersten Schacht 52 in den zweiten Schacht 53 überführt. Dazu ist in der unteren
zweiten Ebene 55 eine horizontale Fördereinrichtung 9 vorgesehen, deren Antriebseinheit
zweckmäßigerweise konstruktionsgleich mit der Antriebseinheit der vertikalen Fördereinrichtung
8 ausgebildet sein kann. Im zweiten Schacht 53 wird der nunmehr mit bearbeiteten
Werkstücken gefüllte Transportbehälter sodann mittels der vertikalen Fördereinrichtung
8 in die obere erste Ebene 54 angehoben, wo er - in der Speicherposition 2"' - bis
zum Abtransport durch die Krananlage 4 gelagert wird.
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Im Regelfall werden an jeder Werkzeugmaschine 1 jeweils zwei containerartige
Transportbehälter stehen, nämlich ein erster in der Bearbeitungsposition in der
unteren zweiten Ebene 55 und ein zweiter in einer Speicherposition in der oberen
ersten Ebene 54 entweder im Vorpuffer des ersten Schachtes 52 oder im Nachpuffer
des zweiten Schachtes 53.
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Die in den containerartigen Transportbehältern 2 transportierten Paletten
sind vorzugsweise so konstruiert, daß sie als universelle Werkstückträger für die
verschiedenen Werkstücktypen verwendet werden können, wobei entsprechend der Werkstückabmessungen
in der Palette jeweils unterschiedlich viele Werkstücke liegen können.
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Mit Vorteil sind die Zuteileinrichtung 5 und der Handhabungsautomat
7 mit einer gemeinsamen speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung ausgestattet,
durch welche einerseits die vertikale und horizontale Förderung und die exakte Höhenpositionierung
der Transportbehälter im Gestell 51 und andererseits die Überführung der Paletten
aus dem Transportbehälter in ihre Ent- und Beladeposition sowie die Ent- und Beladung
der Paletten durch den Handhabungsautomaten 7 gesteuert wird. Vorzugsweise ist diese
Steuereinrichtung dabei derart ausgebildet, daß sie sowohl mit der Werkzeugmaschine
1 als auch mit dem übergeordneten Transportsystem, nämlich der Krananlage 4, korrespondiert,
so daß von der Krananlage bei Bedarf der Werkzeugmaschine 1 ein neuer Container
mit zu beabeitenden Werkstücken angeliefert bzw. von der Werkzeugmaschine ein mit
bereits bearbeiteten
Werkstücken gefüllter Transportbehälter abgeholt
und entweder zur weiteren Bearbeitung einer nachfolgenden Werkzeugmaschine im gleichen
Bearbeitungsfeld zugeführt oder aber auf eines der Übergabebänder 10 zum Weitertransport
in eines der benachbarten Bearbeitungsfelder abgesetzt wird.
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Die erfindungsgemäße Zuteileinrichtung ermöglicht die Einbeziehung
unterschiedlichster Werkzeugmaschinen, z. B. CNC-Dreh- und Fräsmaschinen, Bohr-,
Walz-, Stoß-, Schleif- und Entgradmaschinen etc., in den vollautomatischen Materialfluß
einer flexiblen Fertigungsanlage.
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In Verbindung mit fertigungsgerechten Transportbehältern ermöglicht
die erfindungsgemäße Zuteileinrichtung nicht nur eine flexible Materialpufferung
in der Fertigung, sondern auch eine materialfluß- und informationsflußbezogene Verknüpfung
der verschiedenen Werkzeugmaschinen mit dem flurfreien, rechnergesteuerten Transportsystem,
wodurch eine optimale Nutzung der technischen und personellen Kapazitäten bei gleichzeitiger
Optimierung des Materialumlaufs und gleichzeitiger Minimierung der Durchlaufzeit
der gefertigten Werkstücke erreicht wird.
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Hervorzuheben ist noch, daß die erfindungsgemäße Zuteileinrichtung
bei der Fertigung von z. B. wellenförmigen Werkstücken wegen der bearbeitungsgerechten
Positionierung der Werkstücke auf dem Be- und Entladetisch für die Beschickung der
verschiedenen Werkzeugmaschinen die Verwendung vergleichsweise einfacher zweiachsiger
Handhabungsautomaten ermöglicht. Für das automatische Teilehandling sind wegen der
unterschiedlichen Bearbeitungslagen in den verschiedenen Werkzeugmaschinen (Dreh-,
Fräsmaschinen etc.) Translations- und Rotationsbewegungen in mehreren Achsen erforderlich;
durch die konstruktive Gestaltung der Zuteileinrichtung wird eine Translationsbewegung
eingespart, so daß mit einem zweiachsigen Handhabungsautomaten trotzdem alle Werkzeugmaschinen
automatisch beschickt werden können.
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