VERTICALLY OPERATING MACHINE TOOL WITH A MANIPULATOR

Abstract: The vertically operating machine tool has at least one tool slide (14) guided on a wall (18). The workpiece is transferred between at least two working positions (10) on one side of the wall (18) by means of a manipulator (26), mounted on the other side of the wall, through at least two wall apertures (20, 22). The manipulator (26) has a two- piece bending arm (32) which can be rotated about a pivoting axis (36) and whose bending movement is derived from its rotary movement by positive guidance. Uniaxial control for the manipulator is therefore sufficient despite the complicated transfer of the workpiece in both directions through the wall (18) and along the same. <IMAGE>

Description: Vertikal arbeitende Werkzeugmaschine mit Handhabungsgerät Die Erfindung betrifft vertikal arbeitende Werkzeugmaschinen mit einem oder mehreren an einer Wand geführten Werkzeugschlitten und Werkstücktransport zwischen wenigstens zwei Positionen auf der einen Seite der Wand mittels eines auf der anderen Seite der Wand gelagerten Handhabungsgeräts durch wenigstens zwei Wanddurchbrüche hindurch. Es scheint zunächst das Einfachste zu sein, bei derartigen Werkzeugmaschinen automatisierte Einrichtungen für den Werkstücktransport, mit deren Hilfe Werkstücke z. B. auf einem Arbeitstisch oder einer Arbeitsspindel in Spannstellung positioniert, wieder abgenommen, gewendet und zu einer anderen Arbeits- oder Zwischenlagerposition transportiert werden, auf der Vorderseite der Maschine, d. h. vor der genannten Wand anzuordnen, wo sich auch die Spannpositionen und Werkzeuge befinden. Andererseits ist man bestrebt, die Vorderseite der Maschine als Bedienungsseite möglichst frei und gut zugänglich zu halten. Daher ist es schon bekannt, die Werkstücke durch Durchbrüche in der den oder die Werkzeugschlitten tragenden Wand hindurch, also von der Rückseite der Maschine aus, mittels Greifern an die Spannpositionen heranzuführen. Dabei ist zu beachten, dass die Durchbrüche in der die Schlittenführung für die Werkzeugschlitten tragenden Wand möglichst klein sein sollen, um die Steifigkeit der Wand zu erhalten. Man sieht daher bei mehreren Spann- und/oder Lagerpositionen auf der Vorderseite der Wand nicht eine grosse Öffnung, sondern mehrere kleine Durchbrüche vor, und die bisher eingesetzten Handhabungsgeräte mit einem in zwei Achsen in Längs- und Querrichtung zur Wand steuerbaren Greiferarm schienen der Bauform dieser Art von Werkzeugmaschinen am besten zu entsprechen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Werkzeugmaschinen mit Werkstück-Transporteinrichtung ohne nachteilige Folgen für die Arbeitsgeschwindigkeit und Genauigkeit in ihrem Aufbau und im Betrieb zu vereinfachen und dadurch auch die Funktionssicherheit zu verbessern. Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Handhabungsgerät einen um eine Schwenkachse drehbaren zweiteiligen Knickarm aufweist, dessen Knickbewegung durch Zwangsführung von seiner Drehbewegung abgeleitet ist und dessen Knickgelenk sich beim Verfahren von einer zur anderen Position auf dem grösseren Bogen des Kreises seiner Bahn bewegt. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Steuervorrichtung des Handhabungsgeräts trotz der geschilderten Erschwernisse infolge des notwendigen Transports der Werkstücke durch die Wand hindurch und in deren Längsrichtung von dem einen zum anderen Durchbruch als einfache einachsige Steuerung ausgebildet werden kann. Damit entfallen der technische Aufwand, die Komplizierung der Bedienung und das Störungsrisiko für die bisher bei gleicher Funktion notwendige zweite steuer bare Achse. Ausserdem ist auch der mechanische Aufwand für einen nur zwei Drehgelenke aufweisenden Greiferarm geringer als bei den bisher eingesetzten Handhabungsgeräten mit zwei Längsfüh rungen. Das Schwenklager des Knickarms wird vorzugsweise unmittelbar hinter der Wand im Bereich zwischen zwei Durchbrüchen angeordnet. Bei der Bewegung aus der einen in die andere Endstellung bewegt sich der hintere Teil des Knickarms aus dem einen Wanddurchbruch heraus, im grossen Bogen um mehr als 1800 Grad zum anderen Wanddurchbruch hin und in diesen hinein. Vorzugsweise erstrecken sich die Seitenflächen der Wanddurchbrüche entsprechend den Endstellungen des Knickarms beim Hindurchreichen durch die Wand im Winkel zueinander, so dass die Wand nur minimal geschwächt wird. Während der gesteuerten Schwenkbewegung des hinteren Teils des Knickarms wird jeweils dessen vorderer (äusserer) Teil durch die Zwangsführung um die Achse des Knickgelenks gedreht. Dazu bedarf es keiner weiteren Steuerung. Vorzugsweise ist der vordere Teil des Knickarms kürzer als der hintere und dreht sich infolge der Zwangsführung in derselben Richtung um die Achse des Knickgelenks wie sich der hintere Teil des Knickarms um die Schwenkachse dreht. In einer praktischen Ausführung hat bei einem Zwischenabstand von etwa 130 cm der beiden anzufahrenden Spannpositionen auf der Vorderseite der Wand der hintere Teil des Knickarms eine Länge von etwa 100 cm und der vordere Teil eine Länge von etwa SO cm. Die Übersetzung zwischen der Drehbewegung um die Schwenkachse und der Drehbewegung um die Achse des Knickgelenks beträgt etwa 1:1. Beim Werkstücktransport muss das Werkstück zunächst von einer Position zur anderen gebracht und dann normalerweise durch eine relative Vertikalbeweung zum Arbeitstisch oder der Arbeitsspindel daran zur Anlage gebracht werden. Diese VertiaMeaç kann in zweckmässiger Weiterbildung der Erfindung dadurch ermöglicht werden, dass der Knickarm insgesamt oder sein äusserer Teil axial bewegbar ist. Oft müssen Werkstücke auf dem Weg von der einen zur anderen Spann- und Bearbeitungsposition gewendet werden, z. B., um sie auf beiden Seiten zu bearbeiten. Zu diesem Zweck kann erfindungsgemäss vorgesehen sein, dass am äusseren Ende des Knickarme ein um eine senkrecht zur Schwenkachse liegende Achse drehbarer Werkstück-Greifer gelagert ist. In diesem Fall werden die Werkstücke durch den Greifer gewendet. Daneben besteht alternativ die Möglichkeit, dass sich auf derjenigen Seite der Wand, auf welcher der Knickarm gelagert ist, an einer weiteren vom Handhabungsgerät anzufahrenden Position eine Einrichtung zum Wenden der Werkstücke befindet. Der Greifer des Handhabung geräts nimmt im letzteren Fall ein Werkstück, welches z. B. in der einen Arbeitsposition auf einer Seite fertig bearbeitet worden ist, dort auf, zieht es durch den einen Wanddurchbruch zur Rückseite der Wand zurück, übergibt es der Wendeeinrichtung, nimmt es nach dem Wenden von dieser wieder auf und transportiert es durch den anderen Wanddurchbruch zu der anderen Arbeitsposition, wo es dann auf der zweiten Seite bearbeitet wird. Die Erfindung schliesst nicht aus, dass das Handhabungsgerät mit seinem Knickarm insgesamt längs der Rückseite der Wand verfahrbar ist, um z. B. mehr als zwei Arbeitspositionen zu erreichen oder um z. B. Werkstücke am Ende der Wand aufzunehmen oder abzulegen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass auf derselben Seite der Wand zwei oder mehr Handhabungsgeräte mit Knickarm gelagert sind und durch wenigstens einen Wanddurchbruch zwei Knickarme an dieselbe Arbeits- oder Zwischenlagerposition heranreichen. Eine solche Ausführung kann sich z. B. dann empfehlen, wenn sehr kurze Zykluszeiten für den Werkstücktransport angestrebt werden. In disem Zusammenhang könnte gegebenenfalls auch eine Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Anwendung kommen, bei welcher auf derselben Schwenkachse zwei Knickarme gelagert sind. Eine besonders einfache Ausgestaltung der Zwangsführung des vorderen Teils des Knickarms relativ zu dessen hinteren Teil wird dadurch erreicht, dass eine Kette oder ein Zahnriemen ein undrehbar auf der Schwenkachse festgehaltenes und ein drehfest an dem vorderen Teil des Knickarms angeordnetes Zahnrad verbindet. Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von hinten einer teilweise aufgebrochen gezeigten Werkzeug maschine mit Handhabungsgerät gemäss der Erfin dung; Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch die Lager des Knickarms des in Fig. 1 gezeigten Handhabungsgeräts zur Veranschaulichung der Zwangsführung des vorderen Teils des Knick arms; Fig. 3 eine Ausführung der erfindungsgemässen Werk zeugmaschine mit zwei Handhabungsgeräten. Die in Fig. 1 gezeigte vertikal arbeitende Werkzeugmaschine hat zwei Arbeitspositionen, von denen eine bei 10 gezeigt ist. Dort werden Werkstücke 12 zur Bearbeitung auf einem Arbeitstisch oder einer Drehspindel festgespannt. Die Werkzeuge zur Bearbeitung der Werkstücke 12 sind an einem Werkzeugschlitten 14 befestigt, der längs einer horizontalen Schlittenführung 16 an einer Wand 18 verfahrbar ist. Letztere hat neben den beiden Arbeitspositionen 10 jeweils einen Durchbruch 20 bzw. 22, damit ein mit 24 bezeichneter Greifer eines Handhabungsgeräts 26 die Werkstücke 12 von der Rückseite der Wand 18 aus durch die Wand hindurch zu den Arbeitspositionen 10 transportieren und von dort wieder zurückholen kann. Die Zuführung der Werkstücke 12 von der Rückseite der Maschine aus bietet den Vorteil, dass der Bewegungs- und Arbeitsraum der Werkzeuge und des Bedienungspersonals nicht durch den Werkstücktransport beeinträchtigt werden. Im Beispielsfall ist der Arbeitsraum der Maschine durch eine vordere Schutzwand 28 abgeschirmt. Das Handhabungsgerät 26 ist bei der Ausführung nach Fig. 1 ortsfest genau in der Mitte zwischen den beiden Wanddurchbrüchen 20 und 22 gelagert. Es besteht aus einem Gehäuse 30, an dessen Oberseite ein Knickarm 32 um eine senkrechte Drehachse 34 (siehe Fig. 2) über einen Winkelbereich von etwa 2400 bis 0 320 Grad schwenkbar gelagert ist. In Fig. 1 ist das Schwenk- lager bei 36 angedeutet. Der Knickarm 32 besteht aus einem hinteren Teil 38 und einem vorderen Teil 40, die beide über ein bei 42 angedeutetes Knickgelenk, dessen in Fig. 2 mit 44 bezeichnete Drehachse parallel zur Schwenkachse 34 liegt, miteinander verbunden sind. Am freien Ende des vorderen Teils 40 des Knickarms 32 ist der Greifer 24 angebracht. Dabei können die Greiferzangen z. B. gemäss Fig. 1 unmittelbar am vorderen Teil 40 des Knickarms gelagert oder z. B. gemäss Fig. 2 an einem Handteil 46 gelagert sein, welches seinerseits über ein Gelenk 48 mit dem vorderen Knickarmteil 40 verbunden ist. Nur die Bewegung des hinteren Knickarmteils 48 um die Schwenkachse 34 wird durch eine z. B. im Gehäuse 30 oder in einem neben der Werkzeugmaschine aufgestellten Gehäuse aufgenommene Steuervorrichtung gesteuert. Zwischen den beiden Teilen 38 und 40 des Knickarms 32 besteht eine Zwangsführung, die z. B. von der in Fig. 2 gezeigten Art sein kann. Sie besteht aus zwei Zahnrädern oder Zahnriemenscheiben 50 und 52, die durch eine Kette oder einen Zahnriemen 54 miteinander verbunden sind. Das eine Zahnrad 50 ist auf der Schwenkachse 34 angeordnet und wird durch eine geeignete Halterung 56 relativ zum Gehäuse 30 drehfest gehalten. Das andere Zahnrad 52 ist auf der Achse 44 des Knickgelenks angeordnet und durch eine Welle 58 drehfest mit den vorderen Teil 40 des Knickarms 32 verbunden. Abweichend von Fig. 2, wo nur das Funktionsprinzip der Zwangsführung des vorderen Knickarmteils 40 dargestellt ist, zeigt Fig. 1 die Anordnung und das Grössenverhältnis einer praktischen Ausführungsform, bei der der vordere Knickarmteil 40 samt Greifer 24 kürzer ist als der hintere Knickarmteil 38. Diese Ausbildung des Knickarms sowie die im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebene Zwangsführung 50, 52, 54 ergeben bei der gesteuerten Schwenkbewegung des hinteren Knickarmteils 38 aus der in Fig. 1 gezeigten Position entgegen dem Uhrzeigersinn von dem Wanddurchbruch 20 zum Wanddurchbruch 22 hin eine Zwischenstellung, bei welcher der hintere Knickarmteil 38 eine quer zur Wand 18 liegende Stellung einnimmt, während sich gleichzeitig auch der vordere Knickarmteil 40 quer zur Wand 18 erstreckt, so dass sich beide Knickarmteile in der Draufsicht decken und dabei das freie Ende des vorderen Knickarmteils 40 zur Schwenkachse 34 weist. Im Beispielsfall nach Fig. 1 befindet sich in dieser Zwischenstellung eine Wendeeinrichtung 60, auf welcher jeweils ein Werkstück 12 vom Greifer 34 abgesetzt werden kann, das dann nach dem Wenden, bei dem die Unterseite nach oben gedreht wird, vom Greifer 24 wieder aufgenommen wird. Danach führt die gesteuerte Schwenkbewegung den hinteren Knickarmteil 38 in den Wanddurchbruch 22 hinein, und gleichzeitig dreht die Zwangsführung 50, 52, 54 auch den vorderen Knickarmteil 40 relativ zum hinteren weiter, so dass er in der anderen Endstellung des Knickarms wieder in eine zu der in Fig. 1 gezeigten im wesentlichen parallele Lage kommt, in welcher das gewendete Werkstück 12 in der nicht gezeigten Arbeitsposition hinter dem Wanddurch bruch 22 abgesetzt wird. Um die Aufnahme- und Absetzbewegungen in den Arbeitspositionen 10 und in der Zwischenposition bei der Wendeeinrichtung 60 zu bewerkstelligen, wird im Beispielsfall der gesamte Knickarm 32 längs der Schwenkachse 34 angehoben und abgesenkt. Derselbe Schwenkarm, der ele Werkstücke 12 aus der einen Arbeitsposition 10 neben dr Wanddurchbruch 20 durch die Wand 18 hindurch zu der anderen Arbeitsposition neben dem Wanddurchbruch 22 transportiert, isen auch dazu benutzt werden, die Werkstücke von einem nicht gezeigten Förderorgan, welches sie vor oder hinter der Wand 18 heranführt, aufzunehmen und in die erste Arbeitsposition 10 zu bringen und/oder die auch in der zweiten Arbeitsposition fertig bearbeiteten Werkstücke dort aufzunehmen und an ein weiterführendes Förderorgan, z. B. einen Bandförderer, zu übergeben, denn es können mit dem Greifer 24 eine beliebige Vielzahl > -n Zwischenstellungen auf beiden Seiten der Wand 18 enge#*#rcn werden. Wie aus Fig. 1 ersichtlicel, nimmt der hintere Knickarmteil 38 in den beiden Endstellungen, in welchen sich der Greifer 24 an den beiden Arbeitspositionen 10 befindet, relativ zur Wand 18 jeweils eine Schräglage ein. In Anpassung an diese Schräglagen des hinteren Knickarmteils 38 können die Seitenwände der Wanddurchbrüche 20 und 22 ebenfalls schräg ausgebildet sein, um die Wand so wenig wie möglich zu schwächen. Die Ausführung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 nur dadurch, dass auf der Rückseite der Wand 18 zwei Handhabungsgeräte 62, 64 statt des einen Handhabungsgeräts 26 ge mäss Fig. 1 angeordnet sind. Damit lassen sich die Transportzeiten abkürzen. Beide Handhabungsgeräte 62 und 64 entsprechen in ihrem Aufbau und in ihrer Wirkungsweise dem Handhabungsgerät 26. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind sie durch ein gemeinsames, auf Schienen 66 längs der Rückseite der Wand 18 verfahrbares Gehäuse 68 miteinander verbunden. Die Wendeeinrichtung 60 ist bei der Ausführung nach Fig. 3 auf einem besonderen Gehäuse 70 gelagert. Die Arbeitsteilung zwischen den beiden Handhabungsgeräten 62 wird 64 ist so vorgenommen, dass das erstere die Werkstücke 12 gegebenenfalls von einem sie heranführenden Transportorgan aufnimmt, der ersten Arbeitsposition 10 zuführt, sie von dort zur Wendeeinrichtung 60 bringt und von dort weiter zur zweiten Arbeitsposition vor dem Wanddurchbruch 22 transportiert. Das andere Handhabungsgerät 64 nimmt die Werkstücke 12 an der 2Weiten Arbeitsposition vor dem Wanddurchbruch 22 auf, holt sie durch diesen hindurch auf die Rückseite der Wand 18 und l.gt sie an einer oder mehreren bestimmten Stellen, gegebenenfalls auf einem weiterführenden Transportorgan, ab. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die gezeigten beispielhaften Formen und Antriebe der beschriebenen Teile beschränkt ist. Diese können vom Fachmann in der üblichen Weise nach Zweckmässigkeitsgesichtspunkten im Einzelfall variiert werden.

Claims: A vertically operating machine tool having one or more tool carriages guided on a wall (18) and workpiece transfer between at least two positions on one side of the wall by means of a manipulator (26, 62) mounted on the other side of the wall through at least two wall openings (20, 22) disposed horizontally side by side, characterised in that the manipulator (26, 62) has a two-part articulated arm (32) whose articulating movement is derived from its rotating movement by constrained guidance (50, 52, 54) and whose articulation (42) in travelling from one position to the other moves on the major arc of the circle of its path, wherein the outer part (40) of the articulated arm (32) occupies substantially parallel positions in the end positions in which it extends through the wall openings (20, 22). A machine tool according to Claim 1, characterised in that the entire articulated arm (32) or its outer part (40) is axially movable. A machine tool according to Claim 1 or 2, characterised in that a workpiece gripper (24) rotatable about an axis lying perpendicular to the pivot axis (34) is mounted at the outer end of the articulated arm (32). A machine tool according to Claim 1 to 2, characterised in that one or more further stopping positions of the workpiece transfer lying on the movement path of its gripper (24) are provided on that side of the wall (18) on which the articulated arm (32) is mounted. A machine tool according to Claim 4, characterised in that means (60) for turning the workpieces (12) is situated at one of the further positions. A machine tool according to any one of the preceding claims, characterised in that the lateral surfaces of the wall openings (20, 22) extend at an angle to one another corresponding to the positions of the articulated arm (32) when passing through the wall (18). A machine tool according to any one of Claims 1 to 6, characterised in that the manipulator (26, 62) is movable along the wall (18). A machine tool according to any one of Claims 1 to 6, characterised in that two or more manipulators (26, 62) with an articulated arm (32) are mounted on the same side of the wall (18), and two articulated arms (32) extend through at least one wall opening (22) at the same operating or deposit position. A machine tool according to any one of Claims 1 to 6, characterised in that two articulated arms (32) are mounted on the same pivot axis (34). A machine tool according to any one of the preceding claims, characterised in that to derive the articulating motion of the articulated arm (32) from its pivotal motion a chain (54) or a toothed belt connects a toothed wheel (50) located non-rotatably about the pivot axis (34) to a toothed wheel (52) arranged non-rotatably on the outer part (40) of the articulated arm (32) mounted at the articulation (42).

Inventors: BAUMBUSCH FRANK, KIESELBACH FRANK, BAUMBUSCH, FRANK, KIESELBACH, FRANK
Applicants: PITTLER MASCHINENFABRIK AG
Application year: 1985
Main classification: B23Q7
IPC codes: B25J21, B23Q7, B25J9