DE3544192A1

DE3544192A1 - Automatische bearbeitungseinrichtung

Info

Publication number: DE3544192A1
Application number: DE19853544192
Authority: DE
Inventors: Kenrick B. Brampton Ontario Maharaj; Kenneth J. Toronto Ontario Palfery
Original assignee: Mcdonnell Douglas Corp
Current assignee: Mcdonnell Douglas Corp
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1986-06-26
Also published as: US4571814A; JPS61192429A; IT8523197A0; IT1200882B

Description

35U192

Automatische Bearbeitungseinrichtung

Die Erfindung betrifft im allgemeinen automatische Werkzeugmaschinen, die zur Durchführung mehrfacher Bearbeitungsaufgaben an einem Werkstück programmierbar sind, und insbesondere betrifft sie automatische Werkzeugmaschinen mit einer Lade- und Entladevorrichtung, einem automatischen Werkzeugwender sowie den automatischen Betrieb vieler Bearbeitungsaufgaben, die in einer vollkommen integrierten Anlage vereinigt sind.

Automatische Werkzeugmaschinen sind allgemein bekannt, welche mehrere spanabhebende Funktionen wie Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden, Gewindebohren usw. an einem Werkstück ausführen. Diese Maschinen sind meist mit einem Werkzeugrevolver versehen, an den viele spanabhebende Werkzeuge oder Schneidwerkzeuge montiert s-'nd, um viele Aufgaben der Maschine zu erfüllen. Der Werkzeughalter oder die Werkzeugaufnahme ist meist eine drehbare, in einem Bohrkopf montierte Spindel, die verstellbar auf einer senkrechten Säule oder einer Pinole zur Durchführung von senkrechten Bewegungen montiert ist. Die Werkzeugspindel ist gegenüber der Pinole drehbar gelagert und gegenüber dem Bohrkopf axial beweglich. Außerdem ist das Werkstück an einem Werkzeugtisch aufgespannt, der in einer horizontalen Ebene x-y beweglich ist, um viele Stellungen durch Durchführung verschiedener spanabhebender Arbeiten zu bieten.

Die Bearbeitung wird durch die Werkzeugspindel durchgeführt, die drehbar in einem Spindelkopf montiert ist und gegenüber dem Werkstück senkrecht verschoben wer-

den kann. Präzisionsschneidgänge werden durchgeführt, so daß ein Lochmittelpunkt genau zur Achse der drehbaren Werkzeugspindel und zur kombinierten Bewegung des Werkstücktisches in seiner waagerechten Bewegungsebene positioniert werden kann. Die Spindel wird während der Bearbeitung mit einer vorgewählten Schnittgeschwindigkeit gedreht und nach unten durch den Bohrkopf auf der Pinole mit einer gegebenen Vorschubgeschwindigkeit verfahren. Das spanabhebende Werkzeug ist lösbar in einem Spannfutter montiert, das vom unteren Ende der Werkzeugspindel getragen wird und einen Teil der Spindel bildet. Außerdem entfernt ein Werkzeugwechsler das Werkzeug vom Spannfutter am Ende eines spanabhebenden Vorgangs und ersetzt das gebrauchte Werkzeug automatisch gegen eines neues, wodurch Zeitverluste, die sich beim Werkzeugwechsel von Hand ergeben, entfallen.

Alle diese Maschinenfunktionen werden schnell und wirksam durchgeführt, um den höchsten Wirkungsgrad der Werkzeugmaschine zu erzielen. Die automatische Steuerung der Werkzeugmaschine erfolgt durch eine numerische Steuerung, welche von einem Lochstreifen oder einem anderen Speicher gesteuert wird, welcher den Tisch so regelt, daß das Schnittzentrum zur Achse der Werkzeugmaschine positioniert wird, die Spindeldrehzahl, der Spindelvorschub an der Pinole und andere Maschinenfunktionen automatisch gewählt werden.

Automatisches Beladen und Entladen sowie ein Wenden der Teile sind normalerweise keine Merkmale von automatischen Werkzeugmaschinen. Häufig ist es zweckmäßig, das Werkstück in einer Vorrichtung außerhalb der Bear-

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beitungsfläche festzuklemmen und es dann auf Schienen oder Bahnen in die Bearbeitungsstellung zu schieben. Nachdem das Werkstück in dieser Stellung ist, können die gegenwärtigen automatischen Werkzeugmaschinen das Teil nicht für weitere Bearbeitungsvorgänge drehen.

Es wäre wünschenswert, wenn eine automatische Werkzeugmaschine die Möglichkeit hätte, ein Werkstück aus einem Materialstapel auszuwählen und alle Bearbeitungsfunktionen vollständig durchzuführen. Diese Funktionen oder Aufgaben sollten das Entladen des Werkstücks aus einem Materialstapel, das Aufspannen des Werkstücks auf den Werkzeugtisch zur Vorbereitung der Bearbeitung, das Reinigen von Spänen, das Drehen des Werkstücks, das Bohren von Bohrungen in jedem Winkel, das Drehen des Werkstücks um 180°, die Durchführung vieler automatisierter Bearbeitungsfunktionen, das Lösen des Werk-Stücks vom Werkstücktisch, das Entfernen des Werkstücks von der Bearbeitungsfläche und schließlich das Auswählen eines neuen Werkstücks von einem Materialstapel umfassen.

2F Solch eine Werkzeugmaschine mit einem viel größeren Automatisierungsgrad ist ein vollständig integriertes System und bietet einen viel größeren Wirkungsgrad der Bearbeitungsgänge ohne Eingriff von Hand.

Erfindungsgemäß ist eine vollständig integrierte Werkzeugmaschine vorgesehen, welche viele Bearbeitungsfunktionen an einem Werkstück ohne menschlichen Eingriff vollführt. Die Werkzeugmaschine besitzt die zusätzliche Möglichkeit, ein Werkstück aus einem Materialstapel auszuwählen, das Werkstück auf den Werkstücktisch aufzuspannen, alle erforderlichen Bearbeitungs-

. . /to.

funktionen am Werkstück durchzuführen, das Werkstück vom Werkstücktisch zu lösen und das fertige und bearbeitete Werkstück von der Werkzeugmaschine zu entladen.

Andere erfinderische Merkmale dieser Werkzeugmaschine sind eine Werkstückwendevorrichtung, welche das Werkstück vom Werkzeugtisch löst, es umdreht und wieder am Werkzeugtisch befestigt..Erfindungsgemäß ist auch eine Drehschalteinrichtung am beweglichen Werkstücktisch vorgesehen, welche das Werkstück um 360° in eine waagerechten Ebene dreht.

Es sind auch neue Werkzeugfunktionen vorgesehen, die einen Schraubendreher mit verstellbarem Drehmoment bedingen, um Schrauben oder Bolzen am Werkstück anzubringen, um dieses auf den Werkzeugtisch aufzuspannen und dann die Bolzen wieder im Werkstück zu entfernen, wenn dieses vom Werkzeugtisch genommen werden soll. Außerdem ist ein Winkelbohrer vorgesehen, der das Werkstück im rechten Winkel zur Spindelachse aufbohren kann.

Erfindungsgemäß ist somit ein automatisches BearbeitungsZentrum vorgesehen, gekennzeichnet durch: einen Rahmen, einen beweglichen, mit dem Rahmen verbundenen Werkstücktisch, der ein Werkstück trägt und längs sowie quer verfahren werden kann, um das Werkstück an einen gewünschten Punkt in einer waagerechten Ebene zu positionieren, eine mit jedem Ende des beweglichen Werkstücktisches verbundene Dreheinrichtung zum Drehen des Werkstücktisches um seine waagerechte Achse, eine werkstücktischmontierte Drehschalteinrichtung, welche das Werkstück in Abhängigkeit von der waagerechten Lage des Werkstücktisches dreht, eine mit dem Werkstücktisch verbundene Materialhandhabungseinrichtung,

welche einen zu bearbeitenden Materialstapel speichert, ein Werkstück vom Stapel zu einer Bearbeitungsstation auf den Werkstücktisch befördert, und einen Werkstückgreifer, welcher das Werkstück greift und es zur Drehschalteinrichtung auf den Werkstücktisch befördert, sowie einen Werkstückwender, welcher das Werkstück vom Werkstücktisch entfernt, es wendet und zum Werkzeugtisch zurückführt, eine drehbare Spindel, welche mit dem Rahmen verbunden ist, um ein spanendes Werkzeug zu tragen und dieses mit einer bestimmten Drehzahl zu drehen, um das Werkstück zu bearbeiten, eine mit dem Rahmen verbundene Werkzeugwechseleinrichtung, welche Werkzeuge speichert und das in der Spindel eingespannte Werkzeug gegen viele verschiedene gespeicherte Werkzeuge austauscht, ein verstellbarer drehmomentveränderlicher Antrieb, der in der Werkzeugwechseleinrichtung gespeichert ist und durch die Spindel gedreht wird, so daß er Schrauben in das Werkstück dreht, um dieses am Werkzeugtisch aufzuspannen, und die Schrauben wieder entfernt, um das Werkstück nach der Bearbeitung vom Werkzeugtisch zu entfernen, eine programmierbare Steuereinrichtung, welche den Werkstücktisch, die Drehschalteinrichtung, die Spindel, den Werkstückwerder, die Werkstückwechseleinrichtung, die Materialhandhabungseinrichtung, den drehmomentveränderlichen Antrieb und den Werkstückgreifer steuert, und das Werkstück automatisch auf den Werkstücktisch zu bringen, mehrere Bearbeitungsfunktionen am Werkstück durchzuführen und es nach der Bearbeitung vom Werkstücktisch zu entfernen.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die

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Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen automatischen Werkzeugmaschine;

Fig. 2 eine detaillierte Vorderansicht (Aufriß)

der Materialtransfereinrichtung der Figur 1; 10

Fig. 3 einen detaillierten Grundriß der Figur 2;

Fig. 4 einen detaillierten Aufriß des Werkstückgreifers ;
15

Fig. 5 einen detaillierten Grundriß der Figur 4;

Fig. 6 einen detaillierten Grundriß der in Figur

gezeigten Drehschalteinrichtung; 20

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII der Figur 6;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Drehschalteinrichtung;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen drehmomentveränderlichen Schraubendrehers;
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Fig. 10 einen Schnitt durch den drehmomentveränderlichen Schraubendreher;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Werkstückwenders;

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Fig. 12 einen Schnitt durch den Werkstückwender; und Fig. 13 einen Schnitt durch den Winkelbohrer.

In Figur 1 ist eine Übersicht über ei^e automatische Werkzeugmaschine 10 gezeigt. Die Werkzeugmaschine 10 weist im allgemeinen einen Rahmen 12 mit einem bewegliehen Bett 14 auf, das sich in einer waagerechten Ebene in Längs- und in Querrichtung bewegt. Auf dem Bett 14 ist ein länglicher Werkstücktisch 16 an jedem Ende drehbar in einem Träger 18 und 20 gelagert, so daß er mittels eines Antriebsmotors 22 um seine waagerechte Achse gedreht werden kann. Der Werkstücktisch ist lang gebaut, um die Bearbeitung großer Werkstücke zu gestatten. Eine hydraulische Bremse 24 ist am Träger 20 montiert und bewirkt eine Reibungsbremsung zum Anhalten des Werkstücktisches 16 in einer bestimmten Lage. Die Drehung des Werkstücktisches 16 um seine waagerechte Achse ermöglicht ein genaues Winkelfräsen an einem Werkstück gegenüber der senkrechten Achse eines Fräsers oder Schneidwerkzeugs. Außerdem kann ein Werkstück durch Drehung des Werkstücktisches 16 gleichzeitig mit den x-y-Bewegungen des Tisches in seiner waagerechten Ebene bearbeitet werden. Ein Antriebskopf 26 ist am Rahmen 12 montiert und bewegt sich senkrecht mit Hilfe einer nicht gezeigten, doch allgemein bekannten Pinole. Am Ende des Antriebskopfes 26 ist eine Spindel 28 gelagert, die ein Schneidwerkzeug oder einen Fräser 30 hält. Der Antriebskopf dreht die Spindel 28 und das Schneidwerkzeug 30 mit einer festen Drehzahl, um ein Werkstück 32 spanabhebend zu bearbeiten, das auf dem Werkstücktisch 16 montiert ist. Eine Werkzeugwechseleinrichtung oder ein Werkzeugwechselrevolver 34 wird ebenfalls vom Rahmen 12 getragen

und ist nahe dem Bohrkopf 26 angeordnet, wobei er viele verschiedene Schneidwerkzeuge speichert, die in die Spindel 28 eingespannt werden können, um verschiedene Bearbeitungsgänge am Werkstück 32 auszuführen. Wenn das Werkzeug zur Durchführung eines anderen Bearbeitungsganges gewechselt werden soll,so entnimmt ein Werkzeugwechselarm das Werkzeug 30 von der Spindel 28, führt das gebrauchte Werkzeug zum Werkzeugwechselrevolver 34 zurück, entnimmt diesem ein neues Werkzeug und spannt es in die Spindel 28 ein, um einen neuen Bearbeitungsgang durchzuführen.

Die verschiedenen automatischen Bearbeitungsaufgaben und die genaue Ausrichtung der Werkzeugmaschine 10 werden durch eine programmierbare Steuerungseinrichtung 38 gesteuert. Die programmierbare Steuerungseinrichtung 38 kann eine numerische Steuerung sein, deren Programme auf einem Lochstreifen oder anderen Speichereinrici.tungen gespeichert sind. Außer der Durchführung von anderen Funktionen, die nachstehend näher erläutert werden, steuert die Steuereinrichtung 38 die Bewegung des Werkzeugtisches in einer waagerechten Ebene, die Drehung des Werkzeugtisches um seine waagerechte Achse, die Drehzahl der Spindel sowie den automatischen Betrieb des Werkzeugwechselarms um ein gebrauchtes Werkzeug aus der Spindel zu entfernen und es gegen ein im Werkzeugwechselrevolver gespeichertes Werkzeug auszutauschen.

Auf dem Werkstücktisch 16 ist eine Materialhandhabungseinrichtung 40 montiert. Diese Handhabungseinrichtung ist im allgemeinen von der Art wie sie in der mit anhängigen Patentanmeldung erläutert ist. Da die Materialhandhabungseinrichtung vorstehend bekannt

gemacht wurde, beschränkt sich die folgende Beschreibung auf die erfindungswesentlichen Teile. 5

Die Materialtransfereinrichtung der Figuren 2 und 3 weist im allgemeinen einen Speicherbehälter 42 auf, der einen Stapel von zu bearbeitendem Rohmaterial enthält und auf zwei Führungsschienen 44 und 45 montiert ist.

Ein Pendelarm 46 ist im allgemeinen zwischen den beiden Führungsschienen 44 und 45 unterhalb des Speicherbehälters 42 auf einer Laufbahn 48 angeordnet, über die er fährt. Ein Schalthebel 50 ist am Pendelhebel 46 drehbar gelagert und wieder vorgespannt und fährt das unterste Werkstück 32 vom Rohmaterialstapel über die ersten beiden Führungsschienen 44 und 45 auf zwei weitere Führungsschienen 52 und 53. Auch die Führungsschienen 52 und 53 weisen eine Laufbahn 55 auf, die im allgemeinen zwischen ihnen angeordnet ist und den Pendelarm 46 trägt. Das Werkstück 32 wird durch Klemmen 60 und 62 in seiner Lage gehalten. Ein Raststift oder Riegel 54 ist mit dem Pendelarm 46 verbunden, um dessen Bewegung über die Laufbahnen 48 und 55 zu erleichtern. Der Raststift 54 weist eine öffnung auf, die mit einer Schalteinrichtung 56 während des Beladens in einer nachstehend näher erläuterten Weise in Verbindung steht. Die Schalteinrichtung 56 kann im Werkzeugrevolver 34 gespeichert und in der Spindel 28 montiert werden.

Der Bearbeitungsgang der automatischen Werkzeugmaschine TO beginnt mit dem Entladen eines Werkstücks vom Rohmaterialstapel im Speicherbehälter 42. Dies erfolgt dadurch, daß zuerst die Schalteinrichtung 56 aus dem Werkzeugwechselrevolver 34 geholt und in die Spindel eingespannt wird. Die Schalteinrichtung 56 weist einen Werkzeugkopf auf, der in der Spindel montiert wird,

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sowie eine lange Welle 59, die mit dem Kopf verbunden ist. Der in einer waagerechten Ebene bewegliche Werkstücktisch 16 wird so positioniert, daß die Mittellinie der öffnung im Raststift 54 mit der Achse ler Schalteinrichtung 56 fluchtet, die in der Spindel montiert ist. Für den Einsatz der Schalteinrichtung ist eine Drehung der Spindel nicht erforderlich. Der Antriebs- oder Werkzeugkopf 26 wird dann senkrecht auf die Pinole herabgefahren, so daß die Welle 59 der Schalteinrichtung 56 in die öffnung des Raststiftes einfährt. Der Werkstücktisch 16 wird dann der Länge nach auf einer geraden Linie verfahren, so daß der Pendelarm 46 über die Laufbahnen 48 und 55 gezogen wird, und der Schalthebel 50 ein Werkstück auf den Führungsschienen 44 und 45 vom Speicherbehälter 42 auf das zweite Paar von Führungsschienen 52 und 53 schiebt. Wenn das Werkstück aus der zweiten Gruppe von Führungsrollen 52 und 53 positioniert ist, klemmen hydraulische Klemmen 60 und 62 es am Ort fest. Der Werkzeugwechselarm 34 löst dann die Schalteinrichtung ^6 von der rückfahrbaren Spindel 28 und tauscht sie mit einem im Werkzeugwechselrevolver 34 gespeicherten Bohrer aus. Dann bohrt die Werkzeugmaschine zwei oder mehrere öffnungen 33 in das Werkstück 32, die später dazu dienen, das Werkstück auf einer nachstehend näher beschriebenen Drehschalteinrichtung zu befestigen.

Nachdem das Werkstück 32 zunächst auf den Führungsschienen 52 bearbeitet wurde, muß es für eine weitere Bearbeitung zur Drehschalteinrichtung 58 befördert werden. Um diesen Transfer durchzuführen, dient ein Werkstückaufnehmer 66 (Figuren 4 und 5), der normalerweise im Werkzeugwechselrevolver 34 gespeichert ist. Auf Befehl der programmierbaren Steuereinrichtung

holt der Werkzeugwechselarm 36 den Werkstückaufnehmer 66 und setzt ihn in die Spindel 28 ein. Der Werkstückaufnehmer 6 6 ist im allgemeinen ein Dreipunktaufnehmer mit drei getrennten Greifbacken, von denen eine federvorgespannt ist, um die erforderliche Greifkraft zum Anheben des Materials zu erzeugen, während die anderen beiden feststehend sind, um verschiedene Größen des zu handhabenden Materials aufnehmen zu können.

Der Werkstückaufnehmer der Figuren 4 und 5 weist einen im allgemeinen hohlen Träger 70 auf, der mit einer Spannvorrichtung 72 verbunden, die ihrerseits von der Spindel 28 getragen wird. In den Träger 70 ist ein teleskopierbares Element 74 eingesetzt, an dessen einem Ende zwei Greifbacken 76 und 78 angeordnet sind. Mit dem Träger 70 ist auch eine federvorgespannte Greifbacke 80 drehbar verbunden. Eine Sperrmutter verriegelt das teleskopierbar?: Element 74, um Bewegungen innerhalb des Trägers 70 zu begrenzen und den Abstand zwischen den Greifbacken 76, 78 und 80 einzustellen, um verschiedene Größen des Lagermaterials aufzunehmen. Eine Feder 84 spannt die Greifbacke vor, um zusammen mit den Greifbacken 76 und 78 einen Druck auf das Lagermaterial aufrechtzuerhalten. Nachdem der Werkstückaufnehmer 66 in der Spindel 28 montiert ist, wird der Bohrkopf her abgefahren', bis die Greifbacken das Werkstück kontaktieren, so daß die Greifbacke 80 gegen den Druck der Feder gedreht wird, und das Werkstück zwischen den Greifbacken 76, 78 und 80 ruht, wobei es durch den von der Feder 84 aufgebrachten Druck getragen wird. Dann fährt der Bohrkopf 26 senkrecht empor, wobei er das Werkstück im Werkstückaufnehmer 66 trägt, und der Werkstücktisch

in seiner horizontalen Ebene auf eine vorpro~ immierte Stelle fährt, bis sich das Werkstück genau über der Drehschalteinrichtung 58 befindet. Wenn die gegebene Stelle erreicht ist, senkt der Bohrkopf 26 das Werkstück auf die Drehschalteinrichtung 58 ab.

Die Drehschalteinrichtung 58 wird im allgemeinen in der mit—anhängigen Patentanmeldung näher beschrieben. Da die Drehschalteinrichtung 58 dort näher beschrieben ist, bleibt die nachstehende Erläuterung auf die erfindungswesentlichen Teile beschrä kt.

Wenn der Werkstückaufnehmer 66 das Werkstück auf der Drehschalteinrichtung abgesetzt hat, wird er an den Werkzeugwechselrevolver 34 zurückgegeben. In den Figuren 6, 7 und 8 weist die Drehschalteinrichtung 58 im allgemeinen eine Grundplatte 90 auf, auf der ein Rundtisch 92 montiert ist, der sich um einen Zentralzapfen 94 dreht, der seinerseits Teil der Grundplatte 90 ist. Vier automatische maschinenbetätigte hydraulische Spannvorrichtungen 96 sind am Umfang des Rundtisches 92 angeordnet, um diesen in seiner Stellung zu arretieren. Der Rundtisch 92 weist viele Gewindebohrungen 98 auf, durch die das Werkstück mit dem Rundtisch verschraubt werden kann. Ein nachstehend näher erläuterter drehmomentveränderlicher Antrieb (Schraubendreher) 102 wird vom Werkzeugwechselrevolver 34 geholt und in die Spindel 28 eingespannt, um das Werkstück mit der Drehschalteinrichtung 58 zu verschrauben, wobei die Gewindebohrungen oder Öffnungen 98 zur Bearbeitung verwendet werden. Das Werkstück ist jetzt bereit für viele Bearbeitungsaufgaben, die durch Auswechseln verschiedener Werkzeuge im Werkzeugwechselrevolver 34 mit denen durchgeführt werden, die jeweils

in der Spindel 2 8 eingespannt sind. Wenn das Werkstück in eine andere Richtung auf den Werkstücktisch 16 gedreht werden soll, wird die Schalteinrichtung 5 6 in die Spindel 28 eingesetzt und in einer Schaltöffnung 104 im Rundtisch 92 angeordnet. Dann werden die hydraulischen Spannvorrichtungen 96 gelöst, wobei der Werkstücktisch 16 in seiner waagerechten Ebene die entsprechenden x-y-Bewegungen durchführt, '-*odurch die Schalteinrichtung 56 eine Drehung der Drehschalteinrichtung 58 in die Sollstellung bewirkt. Dann werden die hydraulischen Spannvorrichtungen 96 betätigt, um die Drehschalteinrichtung in ihren neuen Stellung festzuspannen.

l ür normale Bearbeitungsvorgänge muß das Werkstück entsprechend auf der Drehschalteinrichtung 58, wie erwähnt, befestigt werden. Ein drehmomentveränderlicher Schraubendreher (Figur 9), der im Werkzeugwechselrevolver 34 gespeichert werden kann, wird zur Spindel 28 befördert. Gesteuert von der programmierbaren Steuereinrichtung 38, bewegt sich der Werkstücktisch 16 in eine Stellung, in der Schrauben 103 auf seiner Oberfläche gespeichert sind, wobei der drehmomentveränderliche Schraubendreher 102 durch den Werkzeugkopf 26 herabgefahren wird/ um die Schrauben oder den Bolzen 103 zu greifen, worauf er die Spindel 28 dreht, um die Schraube 103 aus dem Werkstücktisch herauszuschrauben. Dann bewegt sich der Werkstücktisch 16 in eine Stellung, in der die Achse der durch den Schraubendreher 102 gehaltenen Schraube 103 senkrecht mit den vorher gebohrten öffnungen 105 im Werkstück und den öffnungen 98 der Drehschalteinrichtung 58 fluchtet. Der Bohrkopf senkt den Schraubendreher 102 ab, um die Schraube in die öffnungen 105 und 98 einzuführen. Die Spindel 28 dreht den

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Schraubendreher 102 und zieht die Schraube an, um das Werkstück auf der Drehschalteinrichtung für die weitere Bearbeitung zu befestigen. Danach entfernt der programmgesteuerte Schraubendreher 102 die Schraube 103 und gibt sie zum Werkstücktisch 16 für weitere Speicherung zurück. Der Schraubendreher 102 wird im allgemeinen in der mit—anhängigen Patentanmeldung derselben Anmelderin näher beschrieben. Da der Schraubendreher 102 vorstehend beschrieben wurde, beschränkt sich die folgende Erläuterung auf die erfindungswesentlichen Teile.

Wie Figur 10 zeigt, weist der drehmomentveränderliche Schraubendreher 102 eine geschlitzte Stahlmuffe 110 s"owie eine Mitnehmereinrichtung 112 auf, die beide an einer verstellbaren Drehmomentlösevorrichtung 114 befestigt sind. Das Drehmoment wird durch Einstellen einer Justiermuffe 116 gesteuert, wobei eine Feder 118 komprimiert wird, welche die Drehmomentlösevorrichtung 114 in Eingriff mit einem Werkzeugkopf 120 drückt. Der Werkzeugkopf 120 ist in der Spindel 28 montiert und dreht sich mit einer feststehenden Drehzahl. Wenn das an der Schraube 103 wirkende Drehmoment größer ist als die Vorspannung der Feder 118 wird diese durch die Drehmomentlösevorrichtung 114 komprimiert. Das aufgebrachte Drehmoment, das stärker ist als die Druckkraft der Feder 118 bewirkt, daß die Vorrichtung 114 vom Werkzeugkopf 120 herabgleitet und mit diesem außer Eingriff kommt. Der Werkzeugkopf 120 dreht sich weiter mit der Spindeldrehzahl, jedoch zusätzliches Drehmoment kann nicht an der Schraube infolge des Herabgleitens der Drehmomentlösevorrichtung 114 wirken. Die Schrauben 103 können vom Werkstück durch Umkehr des Antriebs der Spindel 28 entfernt werden.

Soll das Werkstück 32 für eine weitere Bearbeitung gewendet werden pigur 11), so wird es von aer Drehschalteinrichtung 58, wie erwähnt, durch den Schraubendreher 102 losgeschraubt. Ein Werkstück*-^Tender 130, der im Werkzeugwechpelrevolver 34 gespeichert ist, wird zur Spindel 28 befördert und durch eine programmierte Drehung der Spindel betätigt. Der Werkstückwender 130 weist zwei herausragen^e Stifte auf, die in vorgebohrte Löcher des Werkstücks eingesetzt werden. Der Werkstückwender 130 hebt das Werkstück mit Hilfe des Werkzeugkopfes 26 von der Drehschalteinrichtung 58 ab, dreht das Werkstück um 180° und legt es auf den Werkstücktisch zum Bearbeiten der Gegenseite zurück.

Der Werkstückwender 130 wird im allgemeinen näher in der mit-anhängigen Patentanmeldung derselben Anmelderin beschrieben. Da der Werkstückwender 130 nach der vorstehenden Beschreibung ausgeführt ist, beschränkt sich die nachstehende Erläuterung auf die erfindungswesentlichen Teile.

Der Werkstückwender 130 der Figur 12 weist im allgemeinen einen Werkzeugkopf 132 auf, der in das Spannfutter der Spindel 28 paßt. Eine senkrechte, sich drehende Welle 134 ist am Werkzeugkopf 132 befestigt, der auch über ein Winkelgetriebe 136 mit einer waagerechten Welle 138 verbunden ist. Mit der waagerechten Welle 138 sind eine Kupplungseinrichtung 140 und steuerbare Anschläge 142 und 144 verbunden, welche die Drehung auf 180° beschränken. An der waagerechten Welle sind zwei Stifte 150 und 152 mit kalottenförmigen Köpfen befestigt, von denen einer feststehend ist, während der andere auf Schlitten montiert und federvorgespannt ist. Beide Stifte 150 und 152 sollen in

vorgebohrte Löcher 146 in der Seite des Werkstücks ein geführt werden, wobei der federvorgespannte Stift eiriR Kraft ausübt, mit der das Teil festgehalten wird. Nachdem die Stifte in das Werkstück eingeführt worden sind, wird die Spindel senkrecht emporgefahren und um 180° gedreht, wobei die Kupplungsvorrichtung 140 und die Anschläge 142 und 144 dazu dienen, das Werkstück zu wenden. Dann wird das Werkstück mit dem Werkzeugkopf 26 auf die Drehschaltungeinrichtung 58 herabgefahren. Daraufhin wird der Werkzeugwender 130 durch den Werkzeugwechselarm geqen den Schraubendreher 102 ausgetauscht und der Drehschalteinrichtung 58 befestigt.

Die öffnungen 146 im Werkstück, die vom Werkstückwender benützt werden, können durch einen Winkelbohrer 160 im Werkzeugwechselrevolver 34 gebohrt werden, der iⁿ das Spannfutter der Spindel 28 eingespannt ist. Der Winkelbohrer 160 kann das Werkstück rechtwinklig zur Achse der Spindel 28 ohne Drehung des Werkstücktisches 16 bearbeiten. Der Winkelbohrer ermöglicht auch d?s Bohren von Werkstücken an schlecht zugänglichen Stellen, wie an der Innenweite von Flanschen usw.

Der Winkelbohrer 160 ist im allgemeinen näher in der mit anhängigen Patentanmeldung derselben Anmelderin beschrieben. Da er vorstehend beschrieben wurde, beschränkt sich die nachstehende Erläuterung auf die erfindungswesentlichen Teile.

Der Winkelbohrer 160 weist im allgemeinen einen herkömmlichen Werkzeugkopf 162 auf, der mit einer drehbaren Welle 164 verbunden ist, welche sich mit der Spindel 28 dreht. Mit der senkrechten drehbaren Welle

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164 ist eine waagerechte Welle 168 über ein Winkelgetriebe 166 verbunden, welche ein Spannfutter 170 zum Einspannen von Schneidwerkzeugen trägt. Mit diesem Winkelbohrer 160 können automatische ■Bearbeitungsvorgänge rechtwinklig zum Werkstück dadurch vorgenommen werden, daß das Werkstück vom Werkstücktisch gegen den Bohrer gehalten wird. Wenn Werkstücke von ganz besonderer Formgebung zu bearbeiten sind, müssen häufig öffnungen gebohrt werden, die nicht mit den herkömmlichen Achsen einer numerisch gesteuerten Maschine fluchten. Der Winkelbohrer 160 bietet so zusätzliche Vielseitigkeit für die Bearbeitung von Werkstücken mit unregelmäßigen Formen.

Daraus ersieht man, daß erfindungsgemäß eine einzigartige und neue automatische Werkzeugmaschine geschaffen wurde, die voll automatisiert ist und alle erforderlichen Maschinenaufgaben zum Bearbeiten eines Werkstücks ohne menschlichen Eingriff integriert.

Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ^ind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

T. Automatisches BearbeitungsZentrum, gekennzeichnet äurch:

a) einen Rahmen (12);

b) einen beweglichen Werkstücktisch (16), der mit dem Rahmen (12) verbunden ist, um ein Werkstück (32) zu tragen, und der in Längs- und Querrichtung beweglich ist, um das Werkstück (32) an einem bestimmten Punkt in einer waagerechten Ebene zu positionieren;

c) eine mit jedem Ende des beweglichen Werkstücktisches (16) verbundene Dreheinrichtung (18, 20), um den beweglichen Werkstücktisch (16) um seine waagerechte Achse zu drehen;

d) eine am beweglichen Werkstücktisch (16) montierte Drehschalteinrichtung (58), um das Werkstück (.32) in Abhängigkeit von der waagerechten Stellung des Werkstücktisches (16) zu drehen;

e) eine mit dem Werkstücktisch (16) verbundene Materialhandhabungseinrichtung (40), welche einen zu bearbeitenden Materialstapel speichert, ein Werkstück (32) vom Materialstapel zu einer Bearbeitungsstation auf dem Werkstücktisch (16) befördert, und eine Werkstückaufnehmereinrichtung (66), welche das Werkstück (32) aufnimmt und es zur Drehschalteinrichtung (58) auf den Werkstücktisch (16) befördert;

f) einen Werkstückwender (130), der das Werkstück (32) vom Werkstücktisch (16) befördert, es wendet und auf den Werkstücktisch (16) zurückbefördert;

g) eine mit dem Rahmen (12) verbundene drehbare Spindel (28), welche ein Schneidwerkzeug (30) trägt und es mit einer vorgegebenen Drehzahl dreht, um das Werkstück (32) zu bearbeiten;

h) eine mit dem Rahmen (12) verbundene Werkzeugwechseleinrichtung (34, 36), welche Werkzeuge (30) speichert und das in der Spindel (28) gehaltene Werkzeug (30) mit einem von vielen verschiedenen in der Werkzeugwechseleinrichtung (34) gespeicherten Werkzeuge austauscht;

i) einen drehmomentveränderlichen Antrieb (102), der in der Werkzeugwechseleinrichtung (34) gespeichert ist und durch die Spindel (28) so gedreht wird, daß er (102) Schrauben (103) in das Werkstück (32) einschraubt, um dieses am Werkstücktisch (16) zu sichern, wobei er auch die Schrauben (103) aus dem Werkstück

(32) herausschraubt, um dieses vom Werkstücktisch (16) nach der Bearbeitung zu trennen; j·) eine programmierbare Steuereinrichtung (38) , welche den Werkstücktisch (16), die Drehschalteinrichtung (58), die Spindel (28), den Werkstückwender (130), die Werkzeugwechseleinrichtung (34, 36), die Materialhandhabungseinrichtung (40), den drehmomentveränderlichen Antrieb (102) sowie die Werkzeugaufnahmeeinrichtung (66) steuert, um das Werkstück (32) automatisch auf den Werkstücktisch (16) abzuladen, mehrere Bearbeitungsfunktionen am Werkstück (32) durchzuführen und das Werkstück (32) vom Werkstücktisch (16) nach der Bearbeitung zu entfernen.

2. Automatisches Bearbeitungsζentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Drehschalteinrichtung (58) folgende Baugruppen aufweist:

a) eine auf den Werkstücktisch (16) montierte Grundplatte (90), deren Zentralzapfen (94) mit dem Tisch (16) verbunden ist;

b) einen Rundtisch (92) mit einer öffnung in seinem

Mittelpunkt, mit der er drehbar über den Zen^ralzapfen (94) auf der Grundplatte (90) montiert ist;

c) wobei der Rundtisch (91) 3ine Schaltöffnung (104) in seiner Oberfläche aufweist, um eine in die Spindel (28) eingespannte Schalteinrichtung (56) aufzunehmen, so daß die Schalteinrichtung (56) eine Drehung des Rundtisches (92) bei einer Bewegung des Werkstücktisches (16) in seiner waagerechten Ebene bewirkt;

d) eine mit der Grundplatte (90) verbundene Spannvorrichtung (96), welche den Rundtisch (92) nach Drehung in einer festen Stellung arretiert.

3. Automatisches Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Materialhandhabungseinrichtung (40) folgende Baugruppen aufweist:

a) eine auf dem Werkstücktisch (16) montierte

Speichereinrichtung (42) , welche einen zu bearbeitenden Materialstapel speichert;

b) auf den Werkstücktisch (16) montierte Führungsschienen (44, 45; 52, 53), welche ein in der Speichereinrichtung (42) gespeichertes Werkstück (32) von dieser zu einer Bearbeitungsstation befördern;

c) einen mit den Führungsschienen (44, 45) verbundenen Pendelarm (46) , welcher sich auf den Führungsschienen (44, 45) bewegt und ein Werkstück (32) von der Speichereinrichtung (42) über die Führungsschienen (44, 45; 52, 53) zur Bearbeitungsstation leitet;

d) ein mit dem Pendelarm (46) verbundener Verriegelungsstift (54), welcher die Bewegung des Pendelarms (46) über die Führungsschienen (44, 45) erleichtert;

e) eine Schalteinrichtung (56), die in der Werk-Zeugwechseleinrichtung (34) gespeichert ist und von der Spindel (28) getragen wird, um eine Verbindung mit

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dem Verriegelungsstift (54) herzustellen und eine Bewegung des Pendelarms (46) zu erreichen, wodurch ein Werkstück (32) über die Führungsschienen (44, 45; 52, 53) zur Bearbeitungsstation geleitet"wird."

4. Automatisches Bearbeitungszentrum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Werkstückaufnahmevorrichtung (66) in der Werkzeugwechseleinrichtung (34) gespeichert ist und von der Spindel (28) getragen wird, um das Werkstück (32) vom Werkstücktisch (16) zu entfernen.

5. Automatisches Bearbeitungszentraum nach Anspruch 1,, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückwender (130) folgende Baugruppen aufweist: a) einen Werkzeugkopf (132), der von der Spindel (28) getragen und gedreht wird;

b) eine erste Antriebswelle (134), die mit dem Werkzeugkopf (132) verbunden ist;

c) ein mit der ersten Antriebswelle (134) verbundenes Winkelgetriebe (136);

d) eine zweite mit dem Winkelgetriebe (136) verbundene Antriebswelle (138), die im allgemeinen senkrecht zur ersten Antriebswelle (134) angeordnet ist und über das Winkelgetriebe (136) von der ersten Antriebswelle (134) gedreht wird;

e) eine mit der zweiten Antriebswelle (138) verbundene Greifvorrichtung (150, 152) zum Greifen und zum Tragen des Werkstücks (32);

. f) eine Kupplungs- und Bremsvorrichtung (140, 142, 144), welche die Greifvorrichtung (150, 152) von der zweiten Antriebswelle (138) löst und ihre Drehung nach 180° anhält.

ö. Automatisches BearbeitungsZentrum nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet , daß der drehmomentveränderliche Antrieb (102) im allgemeinen aus folgenden Baugruppen besteht:

a) einen Werkzeugkopf (120), der von der Spindel (28) getragen und gedreht wird;

b) eine verstellbare Drehmomentlösevorrichtung (114), die mit dem Werkzeugkopf (120) verbunden ist;

c) einen Mitnehmer (112), der einen Bolzen oder eine Schraube (103) , die mit der verstellbaren Drehmomentlösevorrichtung (114) verbunden ist, trägt und drehbar antreibt;

d) eine Vorspanneinrichtung (118), welche die verstellbare Drehmomentlösevorrichtung (114) in Eingriff rftit dem Werkzeugkopf (120) drückt, der dadurch angetrieben wird, so daß die verstellbare Drehmomentlösevorrichtung (114) gleitet und vom Werkzeugkopf (120) gelöst wird, wenn das an der Schraube (103) wirkende Drehmoment größer ist als die Kraft der Vorspanneinrichtung (118) .

7. Automatisches Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Werkstückaufnehmeeinrichtung (66) im allgemeinen die folgenden Baugruppen aufweist:

a) einen von der Spindel (28) getragenen Werkzeugkopf (72) ;

oO b) einen mit dem Werkzeugkopf (72) verbundenen im allgemeinen hohlen Träger (70);

c) eine federvorgespannte Greifbacke (80), die an einem Ende mit dem im allgemeinen hohlen Träger (70) verbunden ist;

d) einen teleskopierbaren Träger (74), der im allgemein hohlen Träger (70) montiert ist und zwei

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feststehende Greifbacken (76, 78) aufweist, die mit ihm der federvorgespannten Greifbacke (80) gegenüberliegend verbunden sind;

e) eine Verriegelungseinrichtung ■ (82), welche den teleskopierbaren Träger (74) in einer festen Stellung gegenüber dem im allgemeinen hohlen Träger (70) arretiert, so daß der Abstand zwischen der feder^orgespannten Greifbacke (80) und den feststehenden Greifbacken (76, 78) verstellt werden kann, um verschiedene Größen von Werkstücken (32) aufzunehmen;

f) wobei die Vorspannung der federvorgespannten Greifbacke (80) so beschaffen ist, daß das Werkstück

(32) in den Greifbacken (76, 78, 80) gehalten wird, wenn die Werkstückaufnahmeeinrichtung (66) durch die Spindel (28) gegen das Werkstück (32) gedrückt wird.